RFID传感系统和检测方法

技术领域

本发明涉及传感器技术应用领域，特别涉及一种RFID传感系统和检测方法。

背景技术

射频识别技术RFID(Radio Frequency Identification)是一种利用射频无线信号在读写器和标签之间进行无接触信息通信的技术。RFID读写器(Interrogator)可以通过标签(Tag)识别和跟踪待检测目标，并可以对待检测目标上的标签芯片进行数据读写。

目前，RFID传感系统主要由读写器、标签和计算机处理端三部分组成，标签利用反射调制技术(backscatter modulation)，将存储的传感数据发送给读写器，读写器基于标签返回数据，获得检测信息：待检测物理量发生改变，或待检测物理量未发生改变；计算机处理端用于展示获得的检测结果。

但是，利用现有的RFID传感系统，对待检测目标进行检测时，容易受到电磁干扰而存在虚警率过高的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种RFID传感系统和检测方法，旨在解决利用现有的RFID传感系统对待检测目标进行检测时，所存在的虚警率过高的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种RFID传感系统，所述系统包括RFID读写器、收发天线、无源标签、传感部件和屏蔽罩；其中，

所述收发天线与所述RFID读写器有线连接，所述收发天线、所述传感部件和所述无源标签设置于所述屏蔽罩内；

所述屏蔽罩，用于屏蔽外界电磁干扰，并放置待检测目标；

所述RFID读写器，用于在所述待检测目标置于所述屏蔽罩内时，通过所述收发天线，发射第一无线信号；

所述无源标签，用于接收所述第一无线信号，并从所述第一无线信号中获取能量，以及基于所述第一无线信号，发送第二无线信号；

所述传感部件，用于当监测到所述待检测目标的状态发生改变时，对所述屏蔽罩内的所述收发天线与所述无源标签之间的无线信道进行调整，以对所述第二无线信号的特征进行调整，获得第三无线信号；

所述RFID读写器，还用于通过所述收发天线，接收所述第三无线信号。

可选的，所述系统还包括终端设备，所述终端设备与所述RFID读写器通信连接；

所述终端设备，用于在所述待检测目标置于所述屏蔽罩内时，接收用户发送的控制指令，并基于所述控制指令获得下发指令；

所述RFID读写器，还用于在接收到所述下发指令时，生成所述第一无线信号，并通过所述收发天线发射所述第一无线信号。

可选的，

所述RFID读写器，还用于从所述第三无线信号中提取无线信号特征信息；

所述终端设备，还用于接收所述RFID读写器发送所述无线信号特征信息，并对所述无线信号的特征信息进行分析处理。

可选的，

所述RFID读写器，还用于在所述无线信号特征信息与历史无线信号特征信息不匹配时，输出警报信息，其中，所述历史无线信号特征信息是所述RFID读写器在历史时刻接收的第三无线信号中提取的。

可选的，

所述传感部件设置于所述收发天线与所述无源标签之间，所述传感部件与所述收发天线之间具有间隙，所述传感部件与所述无源标签之间具有间隙，所述待检测目标包围所述传感部件。

可选的，

所述无源标签，还用于基于所述第一无线信号和预存的存储数据，发送所述第二无线信号。

可选的，所述无源标签具有标签天线；

所述无源标签，用于利用所述标签天线，接收所述第一无线信号；并利用所述存储数据对所述标签天线的阻抗进行调整，以通过阻抗调整后的所述标签天线发送所述第二无线信号。

可选的，所述终端设备与所述RFID读写器以无线通信方式连接。

可选的，所述无线信号特征信息包括所述第三无线信号的幅值、相位和多普勒频率。

此外，为实现上述目的，本发明还提出了一种基于如上述任一项所述的RFID传感系统的检测方法，所述方法包括以下步骤：

将待检测目标置于所述屏蔽罩内；

所述RFID读写器通过所述收发天线发射第一无线信号；

所述无源标签在接收到所述第一无线信号时，从所述第一无线信号中获取能量，并基于所述第一无线信号，发送第二无线信号；

所述传感部件在监测到所述待检测目标的状态发生改变时，对所述屏蔽罩内的所述收发天线与所述无源标签之间的无线信道进行调整，以对所述第二无线信号的特征进行调整，获得第三无线信号；

所述RFID读写器通过所述收发天线，接收所述第三无线信号。

本发明技术方案提出了一种RFID传感的检测系统，所述系统包括RFID读写器、收发天线、无源标签、传感部件和屏蔽罩；其中，所述收发天线与所述RFID读写器有线连接，所述收发天线、所述传感部件和所述无源标签设置于所述屏蔽罩内；所述屏蔽罩，用于屏蔽外界电磁干扰，并放置待检测目标；所述RFID读写器，用于在所述待检测目标置于所述屏蔽罩内时，通过所述收发天线，发射第一无线信号；所述无源标签，用于接收所述第一无线信号，并从所述第一无线信号中获取能量，以及基于所述第一无线信号，发送第二无线信号；所述传感部件，用于当监测到所述待检测目标的状态发生改变时，对所述屏蔽罩内的所述收发天线与所述无源标签之间的无线信道进行调整，以对所述第二无线信号的特征进行调整，获得第三无线信号；所述RFID读写器，还用于通过所述收发天线，接收所述第三无线信号。

现有的无源传感方案中，无源标签发射无线信号时，信号会受到外界电磁波的干扰，使得检测虚警率过高。而本发明所述系统，将收发天线、标签和传感部件均设置于具有电磁屏蔽功能的屏蔽罩内，收发天线接收到的第三无线信号不会受到外界电磁波的干扰，从而降低了传感系统的虚警率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明传感系统第一实施例的结构框图；

图2为本发明无源标签的结构示意图；

图3为本发明传感系统第二实施例的结构框图；

图4为本发明传感系统实体结构第一实施例的示意图；

图5为本发明传感系统实体结构第二实施例的局部示意图；

图6为本发明传感部件结构示意图；

图7为本发明检测方法第一实施例的流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

参照图1，图1为本发明RFID传感系统第一实施例的结构框图，所述系统包括RFID读写器11、收发天线13、无源标签15、传感部件14和屏蔽罩12；其中，

所述收发天线13与所述RFID读写器11有线连接，所述收发天线13、所述传感部件14和所述无源标签15设置于所述屏蔽罩12内；

所述屏蔽罩12，用于屏蔽外界电磁干扰，并放置待检测目标；

所述RFID读写器11，用于在所述待检测目标置于所述屏蔽罩12内时，通过所述收发天线13，发射第一无线信号；

所述无源标签15，用于接收所述第一无线信号，并从所述第一无线信号中获取能量，以及基于所述第一无线信号，发送第二无线信号；

所述传感部件14，用于当监测到所述待检测目标的状态发生改变时，对所述屏蔽罩12内的所述收发天线13与所述无源标签15之间的无线信道进行调整，以对所述第二无线信号的特征进行调整，获得第三无线信号；

所述RFID读写器11，还用于通过所述收发天线13，接收所述第三无线信号。

需要说明的是，在本发明中，屏蔽罩是用于屏蔽外界电磁干扰，其并非密闭的屏蔽罩，可以是屏蔽网的形式；屏蔽罩内的气体成分、温度以及湿度等参数与外界是相同的。

待检测目标可以是实体目标，例如某种液体，传感系统用于检测该液体的液位的变化；待检测目标还可以是某种物理量，例如屏蔽罩内的温度、湿度和气体组分等，例如，传感系统用于检测屏蔽罩内的温度是否发生了明显的变化。

进一步的，所述无源标签15，还用于基于所述第一无线信号和预存的存储数据，发送所述第二无线信号。

具体的，所述无源标签15具有标签天线；

所述无源标签15，用于利用所述标签天线，接收所述第一无线信号；并利用所述存储数据对所述标签天线的阻抗进行调整，以通过阻抗调整后的所述标签天线发送所述第二无线信号。

可以理解的是，无源标签接收的是第一无线信号，由于所述标签天线阻抗发生变化，第一无线信号通过调整阻抗后的所述无源标签天线反射后发送时，第一无线信号会发生改变，该改变后的第一无线信号即为第二无线信号。通过对所述无源标签天线的阻抗进行调整，以实现对第一无线信号的反射调制，获得第二无线信号。

参照图2，图2为本发明无源标签的结构示意图，无源标签包括标签天线和芯片，芯片可以是RFID芯片。通常，标签存储有ID数据，并在与阅读器通信过程中将ID数据发送给RFID读写器。其中，ID数据是存储于芯片中的。

在本发明中，传感部件由传感电磁材料制成，例如温敏材料、湿敏材料或气敏材料等。

RFID读写器通过收发天线发射第一无线信号，以与无源标签进行通信；在无源标签发送第二无线信号之后，在待检测目标的状态发生变化时，传感部件的电导率或磁导率发生改变，使得屏蔽罩内的无线信道发生变化，第二无线信号经无线信道传输后得到所述第三无线信号；RFID读写器接收第三无线信号。

待检测目标不同，传感部件所采用的材料是不同的，待检测目标为液位时，可以不设置传感部件，即液体本身可以当做传感材料；例如，液体置于某一容器中，且容器置于屏蔽罩内时，液位的变化会改变无线信道，使得信道内传输的无线信号特征发生变化。

在待检测目标为物理量时，需要设置对应的传感部件，传感部件的具体材料与待检测目标对应。例如，待检测物理量为气体成分，传感部件为气敏材料；待检测物理量为温度，传感部件为温敏材料；待检测物理量为湿度，传感部件为湿敏材料。

具体的，无源标签的标签天线由导电性金属材料印制制成，例如，铝、铜或合金等导电性金属。无源标签的背部可贴有不干胶(湿性标签)，以便于标签的放置。根据应用场景不同，无源标签还可以由不导电材料封装，做成干性标签。

所述无源标签的芯片存储有标签的ID以及其他信息，支持多标签读写的RFID读写器设备可以根据不同的标签返回的ID信息，分别确定各标签的所在位置处待检测目标的性质是否发生了变化。

进一步的，所述传感部件14设置于所述收发天线13与所述无源标签15之间，所述传感部件14与所述收发天线13之间具有间隙，所述传感部件14与所述无源标签15之间具有间隙，所述待检测目标包围所述传感部件14设置。检测目标包围所述传感部件，当待检测目标发生改变时，传感部件可以准确快速的监测到该变化。

在该实施例中，传感部件设置于收发天线和标签之间，可以在待检测目标的状态发生改变时，改变第二无线信号的特征。即，RFID读写器接收到的第三无线信号与第二无线信号相比，携带了被传感目标的变化信息。

进一步的，参照图3，图3为本发明RFID传感系统第二实施例的结构框图，所述系统还包括终端设备16，所述终端设备16与所述RFID读写器11通信连接；

所述终端设备16，用于在所述待检测目标置于所述屏蔽罩12内时，接收用户发送的控制指令，并基于所述控制指令获得下发指令；

所述RFID读写器11，还用于在接收到所述下发指令时，生成所述第一无线信号，并通过所述收发天线13发射所述第一无线信号。

终端设备可以是移动电话、智能电话、笔记本电脑、数字广播接收器、个人数字助理(PDA)、平板电脑(PAD)等用户设备(User Equipment，UE)、手持设备、车载设备、可穿戴设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、移动台(Mobile station，MS)等。终端设备可能被称为用户终端、便携式终端、台式终端等。

在该实施例中，终端设备用于实现对传感系统的控制，即，终端设备基于用户的控制指令，控制传感系统的运行。

所述终端设备16对所述RFID读写器11的控制可以通过有线通信协议或者无线通信协议实现。有线通信协议可以是以太网协议、串口协议、I2C协议、SPI协议等；无线通信协议可以是Wi-Fi、蓝牙、Zigbee协议等。

较优的，在本发明中，所述终端设备16与所述RFID读写器11无线通信连接。

进一步的，所述RFID读写器11，还用于从所述第三无线信号中提取无线信号特征信息；

所述终端设备16，还用于接收所述RFID读写器11发送所述无线信号特征信息，并对所述无线信号的特征信息进行分析处理。

具体的，所述无线信号特征信息包括所述第三无线信号的幅值、相位和多普勒频率。不同的时刻，RFID读写器发送的无线信号特征信息可能不同，终端设备可以将多个时刻的无线信号特征信息存储显示，以使用户直接观察无线信号特征信息的变化情况。

进一步的，所述RFID读写器11，还用于在所述无线信号的特征信息与历史无线信号的特征信息不匹配时，输出警报信息，其中，所述历史无线信号特征信息是所述RFID读写器11在历史时刻接收的第三无线信号中提取的。

可以理解的是，在不同的时刻，RFID读写器会接收到不同的第三无线信号，根据第三无线信号的特征信息，RFID读写器可以基于第三无线信号特征的变化确定待检测目标的性质是否发生了变化。如果所述无线信号的特征信息(指当前时刻的无线信号特征信息)与历史时刻的无线信号的特征信息相比，发生明显改变时，RFID读写器需要输出报警信息，以提示用户，处理潜在危险。其中，用户可以基于历史无线信号的特征信息设定报警阈值。当无线信号特征信息的改变超过该阈值时，则表明待检测目标性质改变较大；当无线信号特征信息的改变未超过该阈值时，则表明待检测目标性质改变较小，无须报警。

参照图4，图4为本发明传感系统实体结构第一实施例的示意图，传感系统包括终端设备、读写器、收发天线、传感部件、屏蔽罩以及标签，其中，屏蔽罩内还设置圆柱形的容器，用于放置待检测目标，屏蔽罩是屏蔽网的形式，其并非完全隔屏蔽罩内外的空间，只是具有电磁屏蔽的作用。终端设备与读写器通过无线的方式通信连接。

在该实施例中，读写器为RFID读写器，传感部件设置于容器壁的一侧，标签设置于容器壁的另一侧，以实现将传感部件设置在标签与收发天线之间的目的。

参照图5，图5为本发明传感系统实体结构第二实施例的局部示意图，在该实施例中，待检测目标为液位。参照图5，传感系统不需要设置传感部件，液体容器用于盛放待液体，标签位于容器底部，当容器内液体即将流尽时，传感系统发出报警信息。

参照图6，图6为本发明传感部件结构示意图。传感部件的材料参照上文描述，此处不再赘述。

本发明技术方案提出了一种RFID传感的检测系统，所述系统包括RFID读写器、收发天线、无源标签、传感部件和屏蔽罩；其中，所述收发天线与所述RFID读写器有线连接，所述收发天线、所述传感部件和所述无源标签设置于所述屏蔽罩内；所述屏蔽罩，用于屏蔽外界电磁干扰，并放置待检测目标；所述RFID读写器，用于在所述待检测目标置于所述屏蔽罩内时，通过所述收发天线，发射第一无线信号；所述无源标签，用于接收所述第一无线信号，并从所述第一无线信号中获取能量，以及基于所述第一无线信号，发送第二无线信号；所述传感部件，用于当监测到所述待检测目标的状态发生改变时，对所述屏蔽罩内的所述收发天线与所述无源标签之间的无线信道进行调整，以对所述第二无线信号的特征进行调整，获得第三无线信号；所述RFID读写器，还用于通过所述收发天线，接收所述第三无线信号。

现有的无源传感方案中，无源标签发射无线信号时，信号会受到外界电磁波的干扰，使得检测虚警率过高。而本发明所述系统，将收发天线、标签和传感部件均设置于具有电磁屏蔽功能的屏蔽罩内，收发天线接收到的第三无线信号不会受到外界电磁波的干扰，从而降低了传感系统的虚警率。

基于同样的发明构思，参照图7，图7为本发明检测方法第一实施例的流程图，方法用于RFID传感系统，所述传感系统的结构参照上文内容，所述方法包括以下步骤：

步骤S11：将待检测目标置于所述屏蔽罩内。

步骤S12：所述RFID读写器通过所述收发天线发射第一无线信号。

步骤S13：所述无源标签在接收到所述第一无线信号时，从所述第一无线信号中获取能量，并基于所述第一无线信号，发送第二无线信号。

步骤S14：所述传感部件在监测到所述待检测目标的状态发生改变时，对所述屏蔽罩内的所述收发天线与所述无源标签之间的无线信道进行调整，以对所述第二无线信号的特征进行调整，获得第三无线信号。

步骤S15：所述RFID读写器通过所述收发天线，接收所述第三无线信号。

检测方法的实施例、技术效果和个部分的具体功能参照上文描述，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。