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RFID在集装箱领域的应用分析

作者:RFID世界网收编 来源:RFID世界网 2012-03-06 09:21:47

摘要:RFID技术在对托盘、集装箱、运输车辆等方面的管理,对商品的标识以及供应链整体的管理的应用都促进了物流业的发展。电子标签具有读取距离远(一般在20 m以内)、适于恶劣环境、穿透性强、可识别运动目标等特点。

关键词:RFID[743篇]  电子标签[153篇]  集装箱[25篇]  射频识别[27篇]  

  1 引 言

  射频识别技术(RFID)以识别速度快、精度高、无需接触、环境适应性强等特点而受到集装箱运输业的青睐,得到了快速发展。他逐渐被运用到了交通运输,航空包裹的管理,后勤管理,生产线自动控制,门禁管理,物料处理,医疗等领域。RFID技术在对托盘、集装箱、运输车辆等方面的管理,对商品的标识以及供应链整体的管理的应用都促进了物流业的发展。电子标签具有读取距离远(一般在20 m以内)、适于恶劣环境、穿透性强、可识别运动目标等特点。

  RFID技术在集装箱领域的应用使准确控制、追踪集装箱的who,where,when信息成为了可能。集装箱用电子标签多用超高频(UHF)段。这个频段的穿透能力强,并且在动态读取时显示出了优越性[1]。相对于工业自动化等领域的应用,电子标签在集装箱物流运输中的应用具有很强的特殊性。RFID标签随集装箱在海上、码头、堆场等场所流动,其工作环境具有温差大,紫外线照射强度大,海水对标签有腐蚀性等特点,集装箱用RFID标签的封装必须考虑这些因素。同时集装箱金属表面对电磁波的反射作用,对数据传输的影响极大。在金属面的影响下,原来匹配的天线变得不匹配了,需要重新设计天线,重新进行阻抗匹配。

  2 RFID工作原理介绍

  RFID是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。他的核心部件是一个电子标签,通过相距几厘米到几米甚至十几米的距离内读写器发射的无线电波,读取电子标签内的储存信息。无源RFID标签是将读写器发送的射频能量转化为直流电源为芯片电路供电的。图1为标签与读写器通信的工作原理示意图。

  3 电子标签应用于集装箱领域出现的问题

  3.1 集装箱运输环境对电子标签应用性能指标的影响

  相对于工业自动化等领域的应用,电子标签在集装箱物流运输中的应用具有很强的特殊性。

  (1)工作环境比较恶劣

  电子标签随集装箱在海上、码头、堆场等场所流动,与普通的电子标签工作环境不同。标签在设计和封装时必须考虑以下几个因素:

  温度的特殊性 集装箱工作环境温度高、温差大,而且作业是全天候的。

  高湿度的工作环境 集装箱运输过程中的大部分时间在海上(或者内河中)完成,因此电子标签必须要能够在湿度为35%~80%的环境下工作。

  强烈的紫外线照射 长时间、高强度的紫外线照射加速了标签外壳塑料的老化。

  酸碱腐蚀及振动冲击 集装箱大部分时间都工作在码头、海上,这种环境要求标签抗酸碱腐蚀,同时封装结构和材料要抗振动撞击。

  (2)标签动态读取

  由于集装箱流通速度较快,集装箱信息必须能够远距离访问,因此,要求电子标签识别速度高(移动速度>100 km/h),距离远(>6 m),准确率高(>99%)等。

  集装箱用电子标签受金属面的影响分析

  3.2 集装箱用电子标签受金属面的影响分析

  普通RFID标签直接贴附于金属表面上,由于金属表面对入射电磁波的反射作用,将会有较强的反方向电磁波也穿过电子标签。入射波与反射波相位叠加后将会抵消一部分,强度也会大大削弱,严重影响读写器对RFID标签的读取距离,甚至无法读取和RFID标签上的数据,如图2所示。同时,读写器与RFID标签间产生的磁通量会在金属表面感应涡流,根据楞次定律,涡流对读写器的磁场起反作用,致使金属表面上的磁场被强烈地衰减了。

  消除集装箱金属面影响的解决方法是提高天线和金属面的相对高度。随着相对高度的增加,合成场信号矢量将逐渐增强,到相对高度达到波长的1/4时,合成场信号矢量达到最大,并可获得3 dB增益。而RFID标签贴附于集装箱金属面上时,标签和金属面之间的距离很小,可抬高的空间有限,达不到要求。例如:900 MHz射频的1/4波长近似为8 cm,而集装箱外表面凹槽实际深度只有2 cm。需要在普通电子标签与金属表面间插入一种隔离介质,根据电磁波在介质中的波长公式: 其中:λ0为自由空间波长,μ,ε分别为介质导磁率和介电系数。

  通常的做法是把隔离介质与电子标签封装成一体,从而形成防金属电子标签。需要做的研究包括介质的研究(介质的选择、试验与工艺过程确定等),特定介质参数的数据分析(μ,ε等),以及封装形式的选择。

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