盛慶元,蔡曉霞,朱 丹

(紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 紹興 312000)

三線(xiàn)圈式無(wú)源電子標(biāo)簽質(zhì)量參數(shù)檢測(cè)技術(shù)研究*

盛慶元*,蔡曉霞,朱 丹

(紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 紹興 312000)

電子商品防盜系統(tǒng)(EAS)中的無(wú)源電子標(biāo)簽工作原理可等效為L(zhǎng)CR串聯(lián)電路,其諧振頻率FX和品質(zhì)因素Q是無(wú)源電子標(biāo)簽關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)。針對(duì)目前二線(xiàn)圈式檢測(cè)方法檢測(cè)此類(lèi)標(biāo)簽參數(shù)存在的不足,設(shè)計(jì)一種差分式三線(xiàn)圈傳感探頭,分析了三線(xiàn)圈傳感探頭的工作原理,并采用Proteus軟件對(duì)此傳感探頭的等效電路模型仿真,驗(yàn)證測(cè)量方法的可行性。同時(shí)設(shè)計(jì)了以MSP430F149處理器為核心的檢測(cè)硬件電路,并基于二分法設(shè)計(jì)了快速尋找FX和Q值的跳頻程序。以58 kHz聲磁無(wú)源電子硬標(biāo)簽為測(cè)試對(duì)象,試驗(yàn)表明:此檢測(cè)技術(shù)的FX、Q值測(cè)量的絕對(duì)誤差分別小于9.1 kHz和1.0,其性能優(yōu)于市售EAS頻率檢測(cè)儀(E-X5006AM)。

電氣工程;電子標(biāo)簽;Proteus;諧振頻率;品質(zhì)因素

無(wú)源電子標(biāo)簽的諧振頻率FX和品質(zhì)因素Q是其關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)[1]。ISO/IEC 18046-3-2007等[3-4]標(biāo)準(zhǔn)給出了EAS系統(tǒng)的電子標(biāo)簽以及防盜檢測(cè)系統(tǒng)的基本規(guī)范要求。依據(jù)上述規(guī)范,目前無(wú)源電子標(biāo)簽的傳感探頭一般分為單線(xiàn)圈、雙線(xiàn)圈兩種結(jié)構(gòu)模型。趙萬(wàn)年[5]、宋小鋒[6]研究表明單線(xiàn)圈探頭檢測(cè)方法可以檢測(cè)電子標(biāo)簽的諧振頻率,但無(wú)法對(duì)其Q值和其他參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算。李佳駿[1,7]利用磁場(chǎng)仿真軟件Ansoft HFSS,對(duì)多種檢測(cè)傳感器模型進(jìn)行仿真建模,研究了傳感器形狀對(duì)測(cè)試性能的影響;牛元海[8-9]分析了標(biāo)簽信號(hào)特征,提出了一種標(biāo)簽信號(hào)的綜合判決流程,并設(shè)計(jì)出一種EAS掃頻信號(hào)源。楊成忠、朱亞萍等人[10-12]利用互感耦合原理建立了雙線(xiàn)圈探頭檢測(cè)模型,通過(guò)此模型可以檢測(cè)電子標(biāo)簽的FX、Q值和有效容積等參數(shù),而此方法也存在一些不足:(1)發(fā)射線(xiàn)圈和無(wú)源電子標(biāo)簽耦合系數(shù)值增大,測(cè)試的中心頻率發(fā)生很大的偏移;(2)發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈耦合系數(shù)值逐漸增大,系統(tǒng)偏差減小,但整體波形的帶寬發(fā)生了變化,即影響到無(wú)源電子標(biāo)簽Q值。

為克服上述問(wèn)題,專(zhuān)利CN 102735943A[13]提供一種消除上述發(fā)射與接收線(xiàn)圈間,無(wú)源電子標(biāo)簽與發(fā)射和接收線(xiàn)圈間互相干擾問(wèn)題。但是此專(zhuān)利傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其實(shí)質(zhì)需要6個(gè)線(xiàn)圈;本團(tuán)隊(duì)專(zhuān)利CN106443826A[14]對(duì)上述專(zhuān)利進(jìn)行改進(jìn),提出了一種四線(xiàn)圈探頭結(jié)構(gòu),并給出了傳感器檢測(cè)模型,此專(zhuān)利的不足在于使用的線(xiàn)圈數(shù)還是較多,用二階積分電路進(jìn)行前期信號(hào)處理。另外,現(xiàn)有無(wú)源電子標(biāo)簽質(zhì)量參數(shù)檢測(cè)都是通過(guò)掃頻方法,獲取無(wú)源電子標(biāo)簽幅頻特性曲線(xiàn),進(jìn)而得到諧振頻率FX和品質(zhì)因素Q值,這種方法掃描時(shí)間長(zhǎng);在無(wú)源電子標(biāo)簽生產(chǎn)過(guò)程中,此方法提供的反饋信號(hào)無(wú)法滿(mǎn)足快速定位磁棒插入深度要求,影響生產(chǎn)效率。

針對(duì)上述問(wèn)題,本文提出了三線(xiàn)圈傳感探頭結(jié)構(gòu),對(duì)此傳感探頭的等效電路模型用Proteus軟件仿真,驗(yàn)證測(cè)量方法的可行性;同時(shí)以MSP430處理器為核心,設(shè)計(jì)檢測(cè)技術(shù)的硬件電路和程序。解決了傳統(tǒng)雙線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)傳感器存在各部分間干擾導(dǎo)致測(cè)試FX值誤差大和無(wú)法測(cè)試Q值的等問(wèn)題。

1 無(wú)源電子標(biāo)簽工作原理

電子商品防盜系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)EAS,又稱(chēng)電子商品防竊(盜)系統(tǒng),是目前大型零售行業(yè)廣泛采用的商品安全措施之一。EAS主要由檢測(cè)器、解碼器和無(wú)源電子標(biāo)簽三部分組成;無(wú)源電子標(biāo)簽又可分為軟標(biāo)簽和硬標(biāo)簽。

圖1 常規(guī)無(wú)源電子標(biāo)簽測(cè)試方法示意圖

如圖1所示,常規(guī)無(wú)源電子標(biāo)簽FX和Q值檢測(cè)裝置與實(shí)際中所使用的EAS系統(tǒng)相似。在監(jiān)視區(qū),發(fā)射線(xiàn)圈以一定的頻率向接收器發(fā)射信號(hào)。發(fā)射線(xiàn)圈與接受器一般安裝在零售店等的出入口,形成一定的監(jiān)視空間。當(dāng)無(wú)源電子標(biāo)簽經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí),檢測(cè)區(qū)域含有隨頻率變化的磁場(chǎng),無(wú)源電子標(biāo)簽內(nèi)部的電感會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓,形成感應(yīng)電流,此感應(yīng)電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),反過(guò)來(lái)干擾檢測(cè)區(qū)域的磁場(chǎng)分布,使檢測(cè)線(xiàn)圈產(chǎn)生一個(gè)明顯的擾動(dòng)信號(hào),這種干擾信號(hào)會(huì)被接收器接收,再經(jīng)過(guò)微處理器的分析判斷,就會(huì)控制警報(bào)器的鳴響。接收線(xiàn)圈接收到的感應(yīng)信號(hào)含有無(wú)源電子標(biāo)簽的質(zhì)量參數(shù)信息。顯然當(dāng)無(wú)源電子標(biāo)簽發(fā)生諧振時(shí)產(chǎn)生的擾動(dòng)信號(hào)最強(qiáng),無(wú)源電子標(biāo)簽的品質(zhì)因數(shù)Q值越大,無(wú)源電子標(biāo)簽的選頻特性越好,相應(yīng)接收器越容易識(shí)別無(wú)源電子標(biāo)簽的存在。朱亞萍[11]對(duì)圖1中的雙線(xiàn)圈檢測(cè)方法研究表明:無(wú)源電子標(biāo)簽線(xiàn)圈與發(fā)射和接收線(xiàn)圈間的互感系數(shù)增大,諧振頻率偏差加劇,甚至無(wú)法對(duì)無(wú)源電子標(biāo)簽進(jìn)行檢測(cè)。

2 傳感探頭設(shè)計(jì)

2.1 傳感探頭結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的三線(xiàn)圈式傳感探頭結(jié)構(gòu)如圖2所示。傳感探頭包括發(fā)射線(xiàn)圈、左接收線(xiàn)圈、右接收線(xiàn)圈。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于:①發(fā)射線(xiàn)圈位于左、右接收線(xiàn)圈正中間;②左、右接收線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)完全相同;③左、右接收線(xiàn)圈通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)串聯(lián),當(dāng)左、右接收線(xiàn)圈有電流時(shí),電流在左、右接收線(xiàn)圈內(nèi)的流轉(zhuǎn)旋向相反;④發(fā)射線(xiàn)圈的直徑是接收線(xiàn)圈直徑的1.5～2.5倍,接收線(xiàn)圈的直徑是無(wú)源電子標(biāo)簽直徑的1.2～1.5倍,發(fā)射線(xiàn)圈與左、右接收線(xiàn)圈之間的間距為接收線(xiàn)圈直徑的1.3～1.8倍。

圖2 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 傳感探頭工作原理分析

無(wú)源電子標(biāo)簽未進(jìn)入探頭檢測(cè)區(qū)域時(shí),發(fā)射線(xiàn)圈施加交流信號(hào)激勵(lì),在發(fā)射線(xiàn)圈附近較大范圍內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng),由于左、右接收線(xiàn)圈旋向相反,所以左、右接收線(xiàn)圈形成的閉合區(qū)域內(nèi)磁通量為零,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和為零。當(dāng)被測(cè)硬標(biāo)簽置于右接收線(xiàn)圈(以被測(cè)硬標(biāo)簽置于右接收線(xiàn)圈為例說(shuō)明)附近的中心區(qū)域,無(wú)源電子標(biāo)簽受發(fā)射線(xiàn)圈磁場(chǎng)的影響,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),在無(wú)源電子硬標(biāo)簽內(nèi)形成感應(yīng)電流,此感應(yīng)電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。左、右接收線(xiàn)圈感應(yīng)無(wú)源電子標(biāo)簽產(chǎn)生的磁場(chǎng),形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);其中,右接收線(xiàn)圈位于無(wú)源電子硬標(biāo)簽附近,受無(wú)源電子硬標(biāo)簽產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響明顯,而左接收線(xiàn)圈遠(yuǎn)離無(wú)源電子硬標(biāo)簽,受無(wú)源電子硬標(biāo)簽感應(yīng)磁場(chǎng)的影響很弱。所以,發(fā)射線(xiàn)圈施加不同頻率的交流信號(hào)激勵(lì)時(shí),左接收線(xiàn)圈、右接收線(xiàn)圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和包含了無(wú)源電子硬標(biāo)簽的諧振頻率FX和Q值信息。

2.3 傳感探頭電路等效模型分析與仿真

2.3.1 傳感探頭等效電路模型

分析傳感探頭工作狀態(tài)的等效電路模型時(shí),采用互感耦合原理,將線(xiàn)圈感應(yīng)電壓等效為電流控制的電壓源。由上述傳感探頭工作原理,探頭工作時(shí)對(duì)應(yīng)的電路模型如圖3所示。

圖3 傳感探頭工作等效電路模型

圖3中,無(wú)源電子標(biāo)簽被等效為線(xiàn)圈、電容的LCR串聯(lián)電路,其中,R為線(xiàn)圈內(nèi)阻,L為電子硬標(biāo)簽線(xiàn)圈電感值,C為電子硬標(biāo)簽的電容值,此RLC串聯(lián)電路的諧振頻率FX:

(1)

圖3中M、M1分別為無(wú)源電子標(biāo)簽與發(fā)射線(xiàn)圈、右接收射線(xiàn)圈的互感系數(shù),L1、L2、L3分別是發(fā)射線(xiàn)圈、左接收線(xiàn)圈、右接收線(xiàn)圈的等效電感,圖3中發(fā)射線(xiàn)圈和無(wú)源電子標(biāo)簽部分電路的向量關(guān)系如下:

(2)

(3)

由式(2)、式(3)可得接收線(xiàn)圈輸出信號(hào):

(4)

(5)

(6)

式(2)～式(6)中:Z、Z1分別為無(wú)源電子標(biāo)簽,發(fā)射線(xiàn)圈同信號(hào)源內(nèi)阻的阻抗。對(duì)傳感探頭和某一被檢測(cè)無(wú)源電子標(biāo)簽來(lái)說(shuō),參數(shù)M、M1、R是確定值,施加給定的激勵(lì)源時(shí)|Z1|也是確定值。因此,由U0可反推無(wú)源電子標(biāo)簽T(jw)參數(shù)信息。

2.3.2 探頭工作電路仿真

探頭工作電路時(shí)采用的仿真電路如圖4(a)所示,對(duì)式(6)中的w2在圖4(a)中采用了二級(jí)積分電路處理,使用Proteus的頻率分析功能,圖4(a)中的C3(1)處的輸出信號(hào)以圖4(a)中激勵(lì)U1為參考,仿真得到C3(1)處的歸一化幅頻特性曲線(xiàn)如圖4(b)所示。依圖4(b)仿真結(jié)果曲線(xiàn)與標(biāo)簽LCR幅頻特性曲線(xiàn)一致,可由圖4(b)的曲線(xiàn)獲取無(wú)源電子標(biāo)簽的質(zhì)量參數(shù)FX和Q值,說(shuō)明此方法的可行性。

圖4 傳感器電路仿真

圖5 硬件設(shè)計(jì)總體方案框圖

3 檢測(cè)電路與軟件設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)方案

硬件設(shè)計(jì)總體方案框圖如圖5所示,包括:敏感探頭、信號(hào)處理模塊、控制單元、人機(jī)交互接口和電源模塊。其中信號(hào)處理模塊包括激勵(lì)信號(hào)源單元、差分單元、真有效值檢測(cè)單元、A/D轉(zhuǎn)換單元。激勵(lì)信號(hào)源為發(fā)射線(xiàn)圈提供激勵(lì)源,差分單元的兩個(gè)輸入端分別與所述左接收線(xiàn)圈、右接收線(xiàn)圈相連,真有效值檢測(cè)單元獲取交流信號(hào)U0的真有效值。

3.2 電路詳細(xì)設(shè)計(jì)

圖6 主要模塊單元的電路原理圖

3.2.1 激勵(lì)信號(hào)源設(shè)計(jì)

激勵(lì)信號(hào)源單元采用DDS電路。如圖6所示本文中設(shè)計(jì)的激勵(lì)信號(hào)源采用了AD9833芯片,它是可編程波形發(fā)生器,能夠產(chǎn)生正弦波、三角波、方波輸出。AD9833頻率寄存器是28 bit的,主頻時(shí)鐘為25 MHz時(shí),精度為0.1 Hz。AD9833有3根串行接口線(xiàn),易于與DSP和各種主流微控制器兼容。圖6中的信號(hào)SMA、GND端分別與發(fā)射線(xiàn)圈兩端相連。

3.2.2 差分單元設(shè)計(jì)

差分單元可以用差分運(yùn)放實(shí)現(xiàn)。圖6中差分單元可采用了AD8129差分放大器,AD8129為差分至單端放大器,它可以有效地用作高速儀表放大器,或用于將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)。圖6中的信號(hào)SMB、SMC端分別與左接收線(xiàn)圈、左接收線(xiàn)圈未相連端連接。

3.2.3 真有效值檢測(cè)單元設(shè)計(jì)

真有效值檢測(cè)單元的功能是將交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為有效值直流電壓作為輸出。圖6中采用了真有效值檢測(cè)AD637芯片,AD637可計(jì)算任何復(fù)雜交流(或交流加直流)輸入波形的真均方根值、均方值或絕對(duì)值,并提供等效直流輸出電壓。

3.2.4 A/D轉(zhuǎn)換單元

公示語(yǔ)漢英語(yǔ)料庫(kù)的充實(shí)有助于公示語(yǔ)翻譯的統(tǒng)一性與規(guī)范性。當(dāng)翻譯公示語(yǔ)時(shí)，譯者可以首先從語(yǔ)料庫(kù)中查找相對(duì)應(yīng)的譯文，這樣既可以規(guī)范了公示語(yǔ)的翻譯，準(zhǔn)確率又得到提高。語(yǔ)料庫(kù)可以不斷地充實(shí)、更新，以便跟上時(shí)代的發(fā)展以及大眾的心理要求。

A/D轉(zhuǎn)換單元采用ADS1115芯片,它是具有16 bit分辨率的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)I2C兼容型串行接口進(jìn)行傳輸,能夠以高達(dá)每秒860個(gè)采樣數(shù)據(jù)(SPS)的速率執(zhí)行轉(zhuǎn)換操作,具有一個(gè)板上可編程增益放大器(PGA)。其他部分電路屬電路設(shè)計(jì)的常規(guī)電路,本文中不再做詳細(xì)闡述。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

軟件程序采用了模塊化設(shè)計(jì),在IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中,采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。主要由主程序、AD9833驅(qū)動(dòng)子程序、ADS1115驅(qū)動(dòng)子程序、液晶觸摸屏驅(qū)動(dòng)子程序等幾個(gè)模塊構(gòu)成,各個(gè)驅(qū)動(dòng)子程序的編程可參考使用說(shuō)明書(shū)。

3.3.1 主程序設(shè)計(jì)

主程序流程如圖7所示,首先完成對(duì)I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0及液晶觸摸屏驅(qū)動(dòng)等的初始化設(shè)置,然后調(diào)用AD9833驅(qū)動(dòng)子程序產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào),接著調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序記錄響應(yīng)信號(hào)Udc,尋找(Udc)max對(duì)應(yīng)諧振頻率FX;之后尋找0.707(Udc)max對(duì)應(yīng)的上、下頻率FU、FD,按式(7)求出Q;最后調(diào)用顯示驅(qū)動(dòng)子程序,顯示結(jié)果。

Q=FX/(FU-FD)

(7)

圖7 主程序流程圖

3.3.2FX值測(cè)試方法

無(wú)源電子標(biāo)簽的諧振頻率FX的檢測(cè)方法,包括如下步驟:

S1:確定電子無(wú)源電子標(biāo)簽諧振頻率FX的測(cè)試范圍[fa,fb];

S2:確定激勵(lì)信號(hào)源的最小分辨率ε,賦值f0=fa,f2=fb;

S3:計(jì)算Δf=(f2-f0)/4;

S4:控制單元發(fā)送命令,使激勵(lì)信號(hào)源單元依次產(chǎn)生幅值相等,頻率為f0、f0+Δf、f0+2Δf、f0+3Δf、f2的正弦波激勵(lì)信號(hào);

S5:控制單元依次獲取經(jīng)過(guò)信號(hào)處理模塊處理的左接收線(xiàn)圈、右接收線(xiàn)圈感應(yīng)差分信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量響應(yīng)信號(hào)U0(f0)、U0(f0+Δf)、U0(f0+2Δf)、U0(f0+3Δf)、U0(f2),對(duì)U0(f0)、U0(f0+Δf)、U0(f0+2Δf)、U0(f0+3Δf)、U0(f2)分別按1、(f0/(f0+Δf))2、(f0/(f0+2Δf))2、(f0/(f0+3Δf))2、(f0/f2)2倍進(jìn)行修正,修正后這5個(gè)值中最大值對(duì)應(yīng)的頻率記為fmax。

S6:若Δf≤ε,fmax即為作為電子無(wú)源電子標(biāo)簽的諧振頻率F值,程序結(jié)束,否則進(jìn)入步驟S7;

S7:設(shè)定f0=fmax-Δf,f2=fmax+Δf,并返回步驟S3。

其中,頻率范圍[fa,fb],可由電子無(wú)源電子標(biāo)簽的工作范圍確定,如58 kHz的聲磁無(wú)源電子標(biāo)簽合格的工作范圍一般為57.8 kHz～58.2 kHz;ε可由信號(hào)激勵(lì)單元確定,如上述AD9833芯片,主頻時(shí)鐘為25 MHz時(shí),精度為0.1 Hz,既最小頻率分辨率ε為0.1 Hz。

3.3.3Q值測(cè)試方法

無(wú)源電子標(biāo)簽的品質(zhì)因素Q值的檢測(cè)方法,是基于二分法尋找真有效值檢測(cè)單元輸出最大值Umax、0.707Umax時(shí)對(duì)應(yīng)頻率FU、FD的跳頻方法。

尋找FD值的方法具體包括如下步驟:

S11:確定FD尋找范圍[fa,FX];

S12:賦值f0=FX,f1=fa;

S13:計(jì)算Δf=(f0-f1)/2;

S14:控制單元發(fā)送命令,使激勵(lì)信號(hào)源單元產(chǎn)生頻率為f1+Δf正弦波激勵(lì)信號(hào);

S15:控制單元獲取經(jīng)過(guò)信號(hào)處理模塊處理的左接收線(xiàn)圈、右接收線(xiàn)圈感應(yīng)差分信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量響應(yīng)信號(hào)U0(f1+Δf),對(duì)U0(f1+Δf)按(FX/(f1+Δf))2倍進(jìn)行修正后記為Ux,修正后的值與0.707U0(FX)比較;

S16:若Ux>0.707U0(FX),進(jìn)入步驟S17,否則進(jìn)入步驟S18;

S17:賦值f0=f0-Δf,進(jìn)入步驟S19;

S18:賦值f1=f1+Δf;

S19:若Δf≤ε,f1即作為FD值,程序結(jié)束,否則返回步驟S13。

尋找FU值的方法具體包括如下步驟:

S21:確定FU尋找范圍[FX,fb];

S22:賦值f0=F,f2=fb;

S23:計(jì)算Δf=(f2-f0)/2;

S24:控制單元發(fā)送命令,使激勵(lì)信號(hào)源單元產(chǎn)生頻率為f2-Δf正弦波激勵(lì)信號(hào);

S25:控制單元獲取經(jīng)過(guò)信號(hào)處理模塊處理的左接收線(xiàn)圈、右接收線(xiàn)圈感應(yīng)差分信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量響應(yīng)信號(hào)U0(f2-Δf),對(duì)U0(f2-Δf)別按(FX/(f2-Δf))2倍進(jìn)行修正后記為Ux,修正后的值與0.707U0(FX)比較;

S26:若Ux>0.707U0(FX),進(jìn)入步驟S27,否則進(jìn)入步驟S28;

S27:賦值f0=f0+Δf,進(jìn)入步驟S29;

S28:賦值f2=f2-Δf;

S29:若Δf≤ε,f2即作為FU值,程序結(jié)束,否則返回步驟S23。

4 試驗(yàn)與結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)方法

為了測(cè)試設(shè)計(jì)的檢測(cè)技術(shù)性能,以市售58 kHz聲磁無(wú)源電子硬標(biāo)簽為測(cè)試對(duì)象,將硬標(biāo)簽中的磁棒插入不同的深度,形成硬標(biāo)簽等效不同LCR串聯(lián)電路,電容C和電阻R值不變,L變化。進(jìn)而形成諧振頻率FX和Q值不同LCR回路。試驗(yàn)用測(cè)試設(shè)備為L(zhǎng)CR測(cè)試儀(固緯LCR-8105G)、EAS頻率檢測(cè)儀(E-X5006AM),分3種方法測(cè)試。

方法一:用LCR測(cè)試儀直接與硬標(biāo)簽電容、電感斷開(kāi)引腳連接測(cè)量FX和Q值,作為標(biāo)準(zhǔn)參考值,記為Fc、Qc。

方法二:用EAS頻率檢測(cè)儀檢測(cè)得到FX值,作為對(duì)比值Fb(EAS頻率檢測(cè)儀無(wú)Q值檢測(cè)功能)。

方法三:用本文的傳感探頭(由PCB技術(shù)制作螺旋線(xiàn)圈得到)和檢測(cè)技術(shù)測(cè)試得到的FX和Q值記為Fm、Qm,此方法的測(cè)試裝置如圖8所示。在未放置無(wú)源電子硬標(biāo)簽前,對(duì)左右接收線(xiàn)圈的相對(duì)位置進(jìn)行微調(diào),使U0輸出為0 V,消除系統(tǒng)誤差后進(jìn)行試驗(yàn)。

圖8 方法三試驗(yàn)測(cè)試裝置圖

4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本次試驗(yàn)的測(cè)試諧振頻率FX、品質(zhì)因素Q原始數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)分析表

通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知:方法三測(cè)試的諧振頻率FX絕對(duì)誤差要比市售E-X5006AM型小的多,其測(cè)試最大絕對(duì)誤差為9.1 Hz,比E-X5006AM測(cè)試的最大絕對(duì)誤差0.082 kHz小9.01倍。方法三測(cè)試計(jì)算得到的品質(zhì)因素Q值的絕對(duì)誤差值也較小,其最大絕對(duì)誤差為1.0。

5 結(jié)論

硬標(biāo)簽生產(chǎn)插入磁棒過(guò)程需實(shí)時(shí)測(cè)量FX和Q值,以確定磁棒插入深度;另一方面,標(biāo)簽FX和Q值是EAS系統(tǒng)靈敏性的關(guān)鍵指標(biāo)。本文針對(duì)二線(xiàn)圈式檢測(cè)無(wú)源電子標(biāo)簽參數(shù)存在的不足,提出了一種三線(xiàn)圈傳感探頭結(jié)構(gòu),采用Proteus軟件對(duì)此傳感探頭等效工作電路就行仿真,驗(yàn)證測(cè)量方法的可行性。同時(shí)完成了以MSP430F149處理器為核心的檢測(cè)的軟硬件設(shè)計(jì);在軟件設(shè)計(jì)中采用了基于二分法快速尋找FX、FU、FD跳頻程序,縮短了檢測(cè)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)以58 kHz聲磁無(wú)源電子標(biāo)簽進(jìn)行測(cè)試,試驗(yàn)表明此檢測(cè)技術(shù)的FX、Q值測(cè)量的絕對(duì)誤差分別小于9.1 Hz和1.0,其諧性能優(yōu)于市售EAS頻率檢測(cè)儀(E-X5006AM)。下一步可對(duì)本設(shè)計(jì)方法的靈敏度、重復(fù)性以及標(biāo)簽不同擺放位置對(duì)測(cè)量精度的影響等進(jìn)行研究。

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盛慶元(1988-),男,2013年畢業(yè)于江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程專(zhuān)業(yè),獲碩士學(xué)位,現(xiàn)為紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)專(zhuān)任教師;主要從事電磁傳感器設(shè)計(jì)、專(zhuān)機(jī)設(shè)備研發(fā)和農(nóng)業(yè)生物環(huán)境參數(shù)檢測(cè)技術(shù)研究,shengqingyuan@sxvtc.com;

蔡曉霞(1978-),女,2001年畢業(yè)于浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程領(lǐng)域工程專(zhuān)業(yè),獲碩士學(xué)位,現(xiàn)為紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授,主要從事研究方向?yàn)樵O(shè)備遠(yuǎn)程智能維護(hù)與智能控制的研究,caixiaoxia@sxvtc.com。

ResearchonQualityParametersDetectionofPassiveElectronicLabelUsingThree-Coil*

SHENGQingyuan*,CAIXiaoxia,ZHUDan

(Shaoxing Vocational and Technical College,Shaoxing Zhejiang 312000,China)

The principle of passive electronic tags in electronic goods anti-theft systems(EAS)can be equivalent toLCRseries circuits whose resonant frequencyFXand quality factorQare the key quality parameters of passive electronic tags. Aiming at the shortcomings of the current two-coil detection method to detect such tag parameters,a three-coil sensor probe structure is designed. The working principle of the three-coil sensing probe is analyzed,and the equivalent circuit of the sensor is adopted by Proteus software Model simulation,verify the feasibility of the measurement method. At the same time,the detection hardware circuit with MSP430F149 processor is designed,and the hopping-frequency program ofFXandQis designed based on dichotomy. The experimental results show that the absolute error ofFXandQvalue measurement is less than 9.1 kHz and 1.0,respectively. The performance is better than that of commercial EAS frequency detector(E-X5006AM).

electrical engineering;electronic tags;proteus;resonant frequency;quality factor

TH7;TP212

A

1004-1699(2017)11-1653-07

項(xiàng)目來(lái)源:浙江省教育廳科研項(xiàng)目(Y201738724);紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院2017年一般科研項(xiàng)目(201712)

2017-05-08修改日期2017-06-28

10.3969/j.issn.1004-1699.2017.11.007