專利名稱：基于saw的無源溫度標簽及其閱讀器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種冷鏈物流管理系統(tǒng)中檢測裝置，特別涉及一種基于SAW的無源溫度電子標簽及其閱讀器。
背景技術：
近年來，隨著人們物質生活水平的提高，人們對冷鏈食品的消費需求也逐年提高，相關的冷鏈物流運作也越來越受到關注。冷鏈物流一般遵循3T原則，即產品最終質量取決于在冷鏈鏈中！)&藏和流通時間(Time)、溫度(Temperature)和產品耐藏性(Tolerance),因此，溫度是有關食品安全的ー個非常重要的參數(shù)，原料采購接受時必須對食品的內部溫度及運輸過程的中溫度的連續(xù)性進行嚴格檢查。而冷藏類食品對溫度的波動更為敏感，因此，監(jiān)控冷鏈物流中的溫度對食品質量的影響，尤為重要。
食品藥物并不只是在使用時的安全溫度，更應加注重其從生產、運輸?shù)戒N售整個全流程的安全記錄，在建立冷鏈物流管理體系過程中，RFID技術為冷鏈物流保持質量提供了有力保障，必須實時監(jiān)測食品在途溫度，對整個運送途中所出現(xiàn)的突發(fā)事件進行處理，以保證食品質量。目前，主要采用RFID技術實現(xiàn)了對溫度的全過程記錄，無線傳輸相應改善了工作效率，同時在關鍵點設置RFID閱讀器，在標簽中寫入時間數(shù)據，可以部分達到關鍵點的歷史跟蹤效果。通過內嵌溫度傳感器，對物流中的產品進行全程監(jiān)控，并實時記錄產品的狀態(tài)特征，在商品上架和銷售的過程中，消費者可以通過閱讀器來得到產品的歷史溫度，充分顯示了 RFID溫度標簽在冷鏈物流中的優(yōu)越性。德國KSW開發(fā)出半有源RFID溫度傳感器標簽VarioSens Basic。美國Gentag成功測試了一種溫度感應電路。在參與歐盟Bridge項目中，Gabriele Isola和FabrizioBertuccelli開發(fā)出帶溫度傳感器的半有源RFID標簽,可用于新鮮食物、冷凍食品、藥品的存儲、流通和銷售。TekVet公司設計的RFID家畜追蹤系統(tǒng)可通過網絡確認牛的位置情況，對牛的體溫進行即時監(jiān)測，從而隨時了解牛群的健康狀況。亞特蘭大HotHead Sports公司和Identec與通用GE Sensing與Cavist公司加強合作,將推出ー款RFID足球頭藍,可將體溫信息傳給培訓人員或其他工作人員；但是這些方法測量出的溫度精度不高，且不能實時測量出溫度。因此急需一種能實時測量出食品藥物在運輸過程中的溫度變化的精確值。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能實時測量出食品藥物在運輸過程中的溫度變化的精確值。本發(fā)明的目的之ー是提出一種基于SAW的無源溫度標簽；本發(fā)明的目的之ニ是提出一種基于SAW的無源溫度標簽閱讀器。本發(fā)明的目的之一是通過以下技術方案來實現(xiàn)的
本發(fā)明提供的基于SAW的無源溫度標簽，包括基片、叉指換能器、標簽天線和溫度反射柵，所述標簽天線用于接收信號，所述基底上設置有至少ー對并行的叉指換能器，每對叉指換能器包括輸入換能器和輸出換能器，用于負責完成信號的電聲轉換和聲電轉換，所述叉指換能器和溫度反射柵設置于基片上，所述延遲線型聲表面波器件上還設置有ID標簽反射柵，所述ID標簽反射柵用于通過反射基片上聲表面波來識別被檢測物。進ー步，所述ID標簽反射柵為至少一條反射基底上聲表面波的反射柵。進ー步，所述溫度反射柵采用從基底上反射傳遞回的聲表面波的相位差、時延差和被測溫度間的關系來確定對應被檢測物的溫度。進ー步，所述ID標簽反射柵和溫度反射柵采用延遲線反射柵結構，所述基片為采用128°鈮酸鋰壓電材料制作的基片。 本發(fā)明的目的之ニ是通過以下技術方案來實現(xiàn)的本發(fā)明提供的用于上述讀取無源溫度標簽的閱讀器，包括發(fā)射接收天線、發(fā)射電路、接收電路、晶振電路和中頻信號處通板；所述發(fā)射接收天線，用于接收從無源溫度標簽反射回的信息和向無源溫度標簽發(fā)射射頻信號；所述接收電路，用于預處理從無源溫度標簽反射回的射頻信號；所述發(fā)射電路，用于產生向無源溫度標簽發(fā)射的射頻信號；所述晶振電路，用于向發(fā)射電路和接收電路提供固定頻率的脈沖イ目號；所述中頻信號處理板，用于處理經過接收電路處理的信息并生成零中頻信號。進ー步，所述接收電路包括信號預處理単元、中頻濾波電路和對信號増益進行自動調節(jié)的自動增益控制單元AGC，所述信號預處理単元將接收到的信號進行預處理后輸入到中頻濾波電路中進行中頻濾波將信號中的雜波濾除，所述濾波后的信號通過自動增益控制単元AGC后輸入到中頻信號處理板；所述信號預處理単元包括接收開關単元、低噪聲放大器LNA、濾波器和放大器；所述接收開關單元，用于控制信號的接收；所述低噪聲放大器LNA用于對接收信號進行去噪和放大；所述濾波器用于對通過低噪聲放大器LNA的信號進行濾除雜波；所述放大器用于對通過濾波器的信號進行功率放大。進ー步，所述發(fā)射電路包括帶通濾波器、放大器、發(fā)射開關和功放電路；所述帶通濾波器用于對帶寬為IOMHz頻率為920MHz的信號進行濾除雜波處理；所述放大器用于對通過帶通濾波器的信號進行放大；所述功放電路用于對通過放大器的信號進行功率放大； 所述發(fā)射開關用于控制通過功放電路的信號的發(fā)射。進ー步，所述中頻信號處理板根據反射柵的回波基帶信號波形的質心位置來代替回波基帶信號的脈沖峰值位置。進ー步，所述中頻信號處理板按照以下步驟進行處理信號SI :中頻信號處理板將接收到的中頻信號進行中頻采樣；S2 :對采樣信號進行0°功分和90°功分；S3 :然后對這兩路信號進行數(shù)字下變頻，將中頻信號變成兩路基帶信號；
S4 :對兩路基帶信號信號通過以下公式進行質心法
Σ χベりい
t其中，t。表示信號的質心位置，s(t)表示基帶信號，t表示信號的時間位置；S5 :找到其脈沖質心位置，根據脈沖質心位置之間的時間差， 識別出脈沖質心位置的編碼，得出標簽的編碼；S6:將兩路基帶信號進行比較，根據溫度反射柵的相位信息的變化和溫度變化的線性關系，得到溫度信息。本發(fā)明的優(yōu)點在干本發(fā)明采用在延遲線型聲表面波器件上設置有溫度反射柵和ID標簽反射柵，通過ID標簽反射柵用于通過反射基片上聲表面波來識別被檢測物，通過溫度反射柵測量溫度來提高測量溫度的精度。通過閱讀器讀取存儲在無源溫度標簽中物體識別ID信息和溫度數(shù)據，并在中頻信號處理板中進行數(shù)據處理，通過采用將回波基帶信號的脈沖峰值位置用反射柵的回波基帶信號波形的質心位置來代替，不僅減少了計算量，而且提高了精度，質心對噪聲不敏感。本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其它優(yōu)點可以通過下面的說明書，權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中圖I為基于SAW的無源溫度標簽結構；圖2為基于SAW的無源溫度標簽閱讀器；圖3為回波基帶信號波形；圖4為數(shù)據處理后的波形；圖5為帶通采樣后的頻譜搬移；圖6為解調后得到的信號波形。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述；應當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。圖I為基于SAW的無源溫度標簽結構，如圖所示本發(fā)明提供的基于SAW的無源溫度標簽，包括基片、叉指換能器(IDT) I、用于接收電磁波信號的標簽天線和溫度反射柵3，所述基底上設置有至少ー對并行的叉指換能器1，每對叉指換能器包括輸入換能器和輸出換能器，用于負責完成信號的電聲轉換和聲電轉換，所述叉指換能器和溫度反射柵設置于基片上，所述標簽天線設置于基片上用于接收/發(fā)射信號，本實施例中的標簽天線相當于傳感器中的天線，即標簽天線就是接收電磁波信號的天線，該標簽天線也可以通過其他方式與設置有叉指換能器I和溫度反射柵的基片上的叉指換能器I連接。所述延遲線型聲表面波器件上還設置有ID標簽反射柵2，所述ID標簽反射柵2用于通過反射基片上聲表面波來識別被檢測物。所述ID標簽反射柵為至少一條反射基底上聲表面波的反射柵。本實施例的無源溫度標簽前8條反射柵用作標簽，利用反射柵的有無來對標簽進行區(qū)分。后3條反射柵用作溫度測量，對于溫度測量，結合時延測量和相位測量的解調思路首先尋找位相隨時延的變化對應關系；然后建立起為位相和被測溫度間的對應關系，最后得到時延隨測溫度間的對應關系。雖然最初利用的是時延的測量，但是由于時延、位相和被測量的對應關系，實質利用相位的精確解調優(yōu)勢，解調過程計算量很小，便于在FPGA中實現(xiàn)。所述溫度反射柵采用從基底上反射傳遞回的聲表面波的相位差、時延差和被測溫度間的關系來確定對應被檢測物的溫度。所述ID標簽反射柵和溫度反射柵采用延遲線反射柵結構，所述基片為采用128° 鈮酸鋰壓電材料制作的基片。利用半導體平面エ藝，將換能器和反射柵制作在該基片上。圖2為基于SAW的無源溫度標簽閱讀器，圖3為回波基帶信號波形，圖4為數(shù)據處理后的波形，圖5為帶通采樣后的頻譜搬移，如圖所示，本實施例還提供了用于獲取無源溫度標簽中信息的閱讀器，包括發(fā)射接收天線、發(fā)射電路、接收電路、晶振電路和中頻信號處理板；所述發(fā)射接收天線4，用于接收從無源溫度標簽反射回的信息和向無源溫度標簽發(fā)射射頻信號；所述接收電路5，用于預處理從無源溫度標簽反射回的射頻信號；所述發(fā)射電路6，用于產生向無源溫度標簽發(fā)射的射頻信號；所述晶振電路7，用于向發(fā)射電路和接收電路提供固定頻率的脈沖信號，本實施例中的晶振電路采用晶振IOMHz :產生帶寬為IOMHz的信號，可以產生頻率為80MHz和840MHz兩種頻率；所述中頻信號處理板8，用于處理經過接收電路處理的信息并生成零中頻信號，對信號進行中頻處理，得出測試結果。所述接收電路包括信號預處理単元、中頻濾波電路和對信號増益進行自動調節(jié)的自動增益控制單元AGC，所述信號預處理単元將接收到的信號進行預處理后輸入到中頻濾波電路中進行中頻濾波將信號中的雜波濾除，所述濾波后的信號通過自動増益控制單元AGC后輸入到中頻信號處理板；所述信號預處理単元包括接收開關単元、低噪聲放大器LNA、濾波器和放大器；所述接收開關單元，用于控制信號的接收；所述低噪聲放大器LNA,用于對接收信號進行去噪和放大；所述濾波器，用于對通過低噪聲放大器LNA的信號進行濾除雜波；所述放大器，用于對通過濾波器的信號進行功率放大。所述發(fā)射電路包括帶通濾波器、放大器、發(fā)射開關和功放電路；所述帶通濾波器用于對帶寬為IOMHz頻率為920MHz的信號進行濾除雜波處理，對兩路信號進行數(shù)字下變頻；所述放大器，用于對通過帶通濾波器的信號進行放大；
所述功放電路，用于對通過放大器的信號進行功率放大；所述發(fā)射開關，用于控制通過功放電路的信號的發(fā)射。所述中頻信號處理板根據反射柵的回波基帶信號波形的質心位置來代替回波基帶信號的脈沖峰值位置。 所述中頻信號處理板按照以下步驟進行處理信號SI :中頻信號處理板將接收到的中頻信號進行中頻采樣，S2:對采樣信號進行0°功分和90°功分，S3 :然后對這兩路信號進行數(shù)字下變頻，將中頻信號變成兩路基帶信號；S4 :對兩路基帶信號信號通過以下公式進行質心法
Σ χベり
剛
t找出信號的極小值點，對于每兩個極小值點之間的脈沖波形其位置用質心來表示；還可以找到脈沖的其它位置V認，…。其中，t。表示信號的質心位置，s (t)表示基帶信號，t表示信號的時間位置。S5 :標簽識別，根據ID標簽反射柵反射回的脈沖信號找到其脈沖質心位置，根據脈沖質心位置之間的時間差，識別出脈沖質心位置的編碼，得出ID標簽反射柵的標簽編碼，因為標簽之間的間距都是兩標簽之間的最小間距或者最小間距的整數(shù)倍，所以，根據找到的、ら/'…之間的時間差，得出標簽的編碼。S6:溫度識別，將兩路基帶信號進行比較，根據最后三條溫度反射柵的相位信息的變化和溫度變化的線性關系，得到溫度信息。本發(fā)明實施例提供的基于SAW的無源溫度標簽是集成了 RFID功能并具有傳感功能的一種傳感器，該傳感器利用RFID的射頻信號傳輸能量為其供電，感應溫度數(shù)據可以存儲，本發(fā)明提供的存儲部件就是FPGA，隨時通過閱讀器讀取上傳給中頻信號處理板，實現(xiàn)自動控制。本實施例中采用125M對915M載波的信號進行帶通采樣，對40ns的脈沖5倍過采樣。ADC采樣后的頻譜搬移如圖5所示。解調后得到的信號波形如圖6所示，與圖2矢量分析儀測出的SAW芯片回波信號相似。通過本實施例提供的傳感器采集的數(shù)據，并對數(shù)據進行平滑濾波處理，可以得到如圖4所示的圖形。根據峰值的有無來判斷標簽的編碼，如圖所示的編碼就為11111111。利用該SAW傳感器系統(tǒng)，我們實現(xiàn)了溫度的大量程高精度的測量。通過相位差、時延差和被測溫度間的關系，可以精確確定對應的溫度。為了保證實時性，解調算法在FPAG中實現(xiàn)。實驗中，SAW器件有三個反射柵，其中心頻率為925MHz，該器件的溫度敏感系數(shù)α=-70ppm/°C ο在圖6中，實線表示真值，小黒點表示測量值。為了清晰看出解調精度，取真值在(TC 50°C范圍內的數(shù)據，但實際測量范圍可能會更大些。由圖可見，隨著溫度的升高，測量值基本在每個變化的真值溫度上下波動。數(shù)據統(tǒng)計表明，不同真值溫度的標準方差是ー個隨機量，最高為O. 5°C。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的 這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.基于SAW的無源溫度標簽，包括基片、叉指換能器、標簽天線和溫度反射柵，所述標簽天線用于接收信號，所述基底上設置有至少一對并行的叉指換能器，每對叉指換能器包括輸入換能器和輸出換能器，用于負責完成信號的電聲轉換和聲電轉換，所述叉指換能器和溫度反射柵設置于基片上，特征在于所述延遲線型聲表面波器件上還設置有ID標簽反射柵，所述ID標簽反射柵用于通過反射基片上聲表面波來識別被檢測物。
2.根據權利要求I所述的基于SAW的無源溫度標簽，其特征在于所述ID標簽反射柵為至少一條反射基底上聲表面波的反射柵。
3.根據權利要求2所述的基于SAW的無源溫度標簽，其特征在于所述溫度反射柵采用從基底上反射傳遞回的聲表面波的相位差、時延差和被測溫度間的關系來確定對應被檢測物的溫度。
4.根據權利要求3所述的基于SAW的無源溫度標簽，其特征在于所述ID標簽反射柵和溫度反射柵采用延遲線反射柵結構，所述基片為采用128°鈮酸鋰壓電材料制作的基片。
5.用于根據權利要求1-4任一所述的無源溫度標簽的閱讀器，其特征在于包括發(fā)射接收天線、發(fā)射電路、接收電路、晶振電路和中頻信號處理板； 所述發(fā)射接收天線，用于接收從無源溫度標簽反射回的信息和向無源溫度標簽發(fā)射射頻信號； 所述接收電路，用于預處理從無源溫度標簽反射回的射頻信號； 所述發(fā)射電路，用于產生向無源溫度標簽發(fā)射的射頻信號； 所述晶振電路，用于向發(fā)射電路和接收電路提供固定頻率的脈沖信號； 所述中頻信號處理板，用于處理經過接收電路處理的信息并生成零中頻信號。
6.根據權利要求5所述的基于SAW的無源溫度標簽閱讀器，其特征在于所述接收電路包括信號預處理單元、中頻濾波電路和對信號增益進行自動調節(jié)的自動增益控制單元AGC，所述信號預處理單元將接收到的信號進行預處理后輸入到中頻濾波電路中進行中頻濾波將信號中的雜波濾除，所述濾波后的信號通過自動增益控制單元AGC后輸入到中頻信號處理板； 所述信號預處理單元包括接收開關單元、低噪聲放大器LNA、濾波器和放大器； 所述接收開關單元，用于控制信號的接收； 所述低噪聲放大器LNA，用于對接收信號進行去噪和放大； 所述濾波器，用于對通過低噪聲放大器LNA的信號進行濾除雜波； 所述放大器，用于對通過濾波器的信號進行功率放大。
7.根據權利要求6所述的基于SAW的無源溫度標簽閱讀器，其特征在于所述發(fā)射電路包括帶通濾波器、放大器、發(fā)射開關和功放電路； 所述帶通濾波器，用于對帶寬為IOMHz頻率為920MHz的信號進行濾除雜波處理； 所述放大器，用于對通過帶通濾波器的信號進行放大； 所述功放電路，用于對通過放大器的信號進行功率放大； 所述發(fā)射開關，用于控制通過功放電路的信號的發(fā)射。
8.根據權利要求7所述的基于SAW的無源溫度標簽閱讀器，其特征在于所述中頻信號處理板根據反射柵的回波基帶信號波形的質心位置來代替回波基帶信號的脈沖峰值位置。
9.根據權利要求8所述的基于SAW的無源溫度標簽閱讀器，其特征在于所述中頻信號處理板按照以下步驟進行處理信號 Si:中頻信號處理板將接收到的中頻信號進行中頻采樣； 52:對采樣信號進行0°功分和90°功分； 53:然后對這兩路信號進行數(shù)字下變頻，將中頻信號變成兩路基帶信號； 54:對兩路基帶信號信號通過以下公式進行質心法
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于SAW的無源溫度標簽，包括基片、叉指換能器、標簽天線、溫度反射柵和用于通過反射基片上聲表面波來識別被檢測物的ID標簽反射柵，基底上設置有用于負責信號電聲轉換的叉指換能器，本發(fā)明提供的無源溫度標簽的閱讀器，通過發(fā)射接收天線發(fā)射和接收射頻信號，ID標簽反射柵用于通過反射基片上聲表面波來識別被檢測物，溫度反射柵用于通過反射基片上聲表面波來測量溫度。通過閱讀器讀取存儲在無源溫度標簽中的ID信息和溫度數(shù)據，并在中頻信號處理板中進行數(shù)據處理。其中，對于回波基帶脈沖信號位置確定，用質心位置來代替峰值位置，不僅減少了計算量，而且提高了精度。
文檔編號G06K19/077GK102708394SQ201210112818
公開日2012年10月3日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權日2012年4月17日
發(fā)明者劉丹平, 劉曉明, 印勇, 吳玉成, 徐波, 曾孝平, 李明玉, 焦金同, 胡學斌, 蔣陽 申請人:重慶大學