CN102770876A - 无线电射频识别标记外罩 - Google Patents

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Abstract

一种包覆RFID电子设备的矿石标记外罩。RFID电子设备由一种安装在外罩内的具有弹性的可变形管所包覆，外罩可能是由一种耐冲击材料制成。外罩内填充有第一层加固材料，管内可填充有第二层加固材料。相邻材料(套管和第一层加固材料、第一层加固材料和管、管和第二层加固材料、或者相互紧贴的套管和管)的边界存在阻抗失配(相邻两层之间属性不同，可使冲击波偏转)，可抑制冲击波的传播。

Description

无线电射频识别标记外罩
背景技术
在地下开采矿石的过程中，最好对矿石在矿床中的移动进行监测。有效监测矿石的移动有助于校正和验证对矿石移动所作的预测模型。了解矿石通过矿床运输网络移动的源头也能够对运往矿厂的矿石品位进行预测。这有助于矿床更有效地运行并提高采收率。
一种监控洞穴开采(包括分块崩落开采和放顶煤开采)过程中矿石移动的已知方法是在矿体中安装机械标记，并当其在矿道或运输隧道中运动时对其进行检索，比如在碎石机附近使用电磁铁。机械标记被安装在矿体的钻孔中，并且位置被记录下来。一个用于跟踪矿石移动的机械标记的例子是含有单个焊接符号的钢管截面。标记可能要花几小时甚至几年才能通过整个矿床，而且如果使用放顶煤开采法，标记可能要花5年的时间才能被挖掘出来，而如果使用分块崩落开采法，则可能需要10年的时间。机械标记不便于回收，因为这取决于人员对于标记检测的意识，而且可能很难在被运送的矿石中识别出标记。部分矿工的懒惰会导致低回收率。此外，钢标记提供的资料分辨率也较低，因为它们在矿石开采过程中的回收时间相对较晚，而且通常以天为单位进行回收(而不是实时)。
推荐放顶煤开采使用的另一种方法是将无线电射频识别(简称RFID)标记放入爆破产生的石堆。然后，这些RFID标记会由放置在运输网络沿线的RFID读取器进行跟踪。为了使该方法有效地运作，每个爆破点必须有一名地质学家在爆破后将RFID标记放入石堆。应当理解的是，在爆破后将RFID标记放入石堆所得到的矿源分辨率没有在爆破前在矿石中安装机械标记所得到的分辨率高。此外，安排地质学家在每次爆破后将RFID标记放入石堆也非常不便、费力，而且还对人员的健康和安全带来了风险。由于现有的RFID无法持续承受放顶煤开采过程中产生的爆炸冲击力，因此无法在爆破前在矿体中安装RFID标记。此外，RFID标记还面临着在检测前必须保持长时间的活性以及必须通过矿体将ID信号传送至RFID读取器等其他挑战。
为了在环境恶劣的地下矿井中发挥作用，RFID标记必须符合严格的机械和电子标准。到目前为止，已知矿藏标记都无法满足以上两个条件。特别是，已知标记外罩耐用性不足，不具有使用寿命长和可靠性高的特点。
发明目的
本发明的目的在于克服或至少缓解上述一个或多个问题并(或)为消费者提供一种有用或商业选择。
本发明的首要目的是提供一种能够承受地下采矿条件的无线电射频识别标记外罩。
发明概要
虽然不一定是唯一或真正最广泛的形式，但在一种形式中，本发明涉及一种RFID标记外罩，其至少包括两个相邻的材料层，这两个材料层至少包裹位于RFID标记外罩内部的RFID电子设备的一部分，其中相邻层之间的属性不同，以便使冲击波在RFID电子设备周围发生偏转。
在另一种形式中，本发明涉及一种RFID标记外罩，其至少包括两个相邻的材料层，这两个材料层至少围绕位于RFID标记外罩内部的RFID电子设备的一部分，其中在至少两个材料层中的任意相邻两层之间存在阻抗失配。
RFID标记外罩可适当包括一个耐冲击塑料套管。
该套管最好是改性聚苯醚树脂材质。具体而言，该套管可以是改性聚苯醚和聚苯醚树脂材质。更具体而言，该套管可以是聚苯醚和聚苯乙烯混合物材质。
在另一种形式中，本发明涉及一种RFID标记外罩，其包括：
一个套管；以及
一个内芯，其中在该内芯中至少有一部分RFID电子设备被包覆，该内芯悬吊在该套管中。
RFID电子设备的至少一部分最好包括一块包含电子元件的印刷电路板。
该内芯最好包括一个具有弹性的可变形管构成内芯的外部，印刷电路板被包覆在这条管孔内。
套管和管之间的空间最好填充第一层加固材料，该加固材料的性质能够使第一层加固材料与套管或管的共界面或者第一层加固材料与两者的共界面产生阻抗失配。
阻抗失配是指相邻材料的机械和(或)声学特性的非连续性，以使冲击波在界面周围传播而不是穿过界面，并抑制整个界面发生裂纹。
第一层加固材料最好是复合物。更具体而言，该复合物是一种纤维增强型塑料，特别是一种玻璃纤维增强型聚合物基体。
内芯最好在管孔和管内侧含有第二层加固材料。
第二层加固材料最好是复合物。更具体而言，该复合物是一种纤维增强塑料，特别是一种玻璃纤维增强的聚合物基体。
在内芯中，印刷电路板上最好粘附减震材料。
减震材料可以是泡沫材质。
管最好是塑料材质。具体而言，管可以是聚氯乙烯材质。
套管最好与本发明第一层形式所定义和说明的套管相同。
本发明延伸涉及一种RFID标记，其包括RFID标记外罩和包覆在其中的RFID电子设备。
但在另一种形式中，本发明涉及一种RFID标记外罩，其至少包括两个相邻的材料层，这两个材料层至少包裹位于RFID标记外罩内部的RFID电子设备的一部分，其中两个材料层之间存在阻抗失配。
RFID标记可在标记外罩上包含一个或多个可拆卸的倒钩结构。
附图说明
现仅通过举例并结合附图对本发明的优选实施例进行更充分的说明，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的RFID标记外罩的纵向截面侧视图，显示了包覆在RFID标记外罩内的RFID电子设备；
图2是沿图1Ⅱ-Ⅱ剖面线的RFID标记外罩截面的横截面图；以及
图3是图1所示的RFID标记外罩套管插塞的透视图。
具体实施方式
本发明涉及一种RFID标记外罩及由RFID标记外罩和被包覆其中的RFID电子设备组成的RFID标记。附图以简洁明了的大纲形式对本发明的要素进行了说明，仅显示了理解本发明实施例所必需的具体细节，但并未包括熟习该领域一般技术的人所明显已知的过多细节，以免对本公开内容造成混乱。
在本专利说明书中，“包含”或“包括”等词不用于定义全部要素或方法步骤。相反，这些词仅定义本发明某个实施例中的最少数要素或方法步骤。
参考图1和图2，RFID标记10的一种实施例包含一个RFID标记外罩12和RFID电子设备14。
RFID电子设备14包括一块印刷电路板(PCB)50、一根天线52和一个电池组54。
外罩12包含一个套管16、一个内芯18以及以位于套管16和内芯18之间的第一层加固材料构成的第一层复合材料层20。内芯18包括一个管22，构成内芯18的外层。
套管16封口于前端24，开口于尾端32。外罩12包括一个旋入式插塞30，起到封闭套管16尾端32的作用。插塞30能够旋入套管16尾端32的内部螺纹29，从而可选择性地调整插入套管16的深度。图3对插塞30做了更加详细的说明。套管16中装有下文将要进行说明的组件、材料及外罩12内的各层。套管16长度约300mm，外径约65mm，壁厚约8mm。套管16的材质是改性聚苯醚
Figure BPA00001563301200041
塑料材质，是聚苯醚和聚苯乙烯的混合物。改性聚苯醚
Figure BPA00001563301200042
塑料材质具有较高的耐冲击和耐磨性，特别适用于矿洞的开采环境。套管16由喷射铸造法制造而成。
标记10还进一步包括一个倒钩结构38牢牢地夹在套管16的前端24。该倒钩结构38包含一个带有数个倒钩42的套圈40，这些倒钩以套圈为中心呈放射状。该套圈40内部有一圈向内突出的环形凸圈44嵌扣在套管16前端24的一个互补的环形槽45中。该倒钩结构38有助于在装有标记10的矿体中定位和固定标记10。在向大量垂直的孔中安装标记10时，倒钩结构38尤为有用。申请人设想，可设计不同尺寸的倒钩结构38来匹配不同直径的孔。倒钩结构38的可交换性使外罩12能够用于各种尺寸的孔。申请人还设想，标记10还可再包括一个倒钩结构38，可在套管16的尾端32夹住套管16(未显示)。
复合材料层20位于套管16与内芯18的管22之间。复合材料层20由玻璃纤维垫材料和环氧树脂构成。复合材料层20可以是一层包裹在内芯18的管22外的玻璃纤维，或者最好如实施例所示是一个位于环氧树脂内的玻璃纤维内衬。天线52和电池组54也被复合材料层20的玻璃纤维垫包覆其中。
管22是由带有弹性的可变形PVC材料制成。管22的管壁厚3mm。由于套管16、复合材料层20和管22的不同材质特性，这些层的交界面事实上存在阻抗失配。因此，套管16与复合材料层20之间存在阻抗失配。同样，复合材料层20与管22之间也存在阻抗失配。
内芯18还进一步包括第二层加固材料构成的第二层复合材料层46。复合材料层46位于管22内部并紧贴管22内壁。第二层复合材料层46还包括一个玻璃纤维垫和环氧树脂。由于管22和复合材料层46的不同材质特性，两层交界面间存在阻抗失配。
PCB 50位于内芯18内部。PCB 50一侧包括晶体、陶瓷滤波器、电子芯片等元器件56。
PCB 50上的电子元器件的机械灵敏部分由树胶或蓝色宝贴万用胶
Figure BPA00001563301200051
(Bostik Blu Tack
Figure BPA00001563301200052
)等可重复使用粘合剂等可变形物质49遮盖(或密封)。
内芯18还进一步包括两个分别应用于PDB 50元器件56顶部和PCB 50底部的不干胶泡沫垫48。带有泡沫垫48的PCB 50被包覆在第二层复合材料层46内。
天线52呈环状，以PCB 50为起点延伸并绕过电池组54和内芯18，然后回到PCB 50。
电池组54包括一个或两个电池60及一个PVC套筒62。每个电池60通过电线64与PCB 50连接。电池60被牢牢固定在PVC套筒62中。电池组54与复合材料层20的玻璃纤维垫内的内芯18相邻。
被套管16封装的部分填充有阻燃环氧树脂58。环氧树脂58作为一种填充物，起到填充未被上述外罩12的材料层和元器件所占据的空间的作用。环氧树脂58是作为用于复合材料层20和48的树脂材料，环氧树脂58用于填充泡沫层48与PCB 50元器件56之间的所有空间。环氧树脂58包含爱牢达
Figure BPA00001563301200061
(Araldite
Figure BPA00001563301200062
)CW2245CI树脂和REN
Figure BPA00001563301200063
HY 956固化剂。环氧树脂58可限制外罩的偏转，尤其是当标记10受到弯曲和转向力时，可限制套管16的偏转。
参考上文对外罩12的说明，阻抗失配的层之间有多个交界面。具体而言，在套管16与第一层复合材料层20之间的交界面存在第一个加固，在第一层复合材料层20与管22之间的交界面存在第二个加固，在管22与第二层复合材料层46之间的交界面存在第三个阻抗失配，在第二层复合材料层46与泡沫垫48之间的交界面存在第四个阻抗失配。不同的阻抗失配都有助于使机械冲击波围绕关键元器件偏转。阻抗失配促进了冲击波在层20和46以及管22外表面而不是穿透其内部的传播。不同的阻抗失配还抑制了裂纹在整个上述交界面的蔓延。
参考图3，插塞30有一个内腔31，在将标记10往孔洞中安装时，可以将一个软管的一端插入其中。插塞30的漏斗状开口34可将插入的软管引入内腔31中。插塞30也是由改性聚苯醚
Figure BPA00001563301200064
(Noryl)塑料材质制成。插塞30的外部有螺纹33，与套管16的螺纹29相啮合，可调节插塞30与套管16间的松紧度。
标记10的组装顺序如下：
●将天线52焊接到PCB 50上。
●用可变形物质49覆盖PCB 50上电子元器件的机械灵敏部分。
●将电线64一端的插头插入对应的PCB 50插座。
●在PCB 50各边粘上泡沫垫48。
●将包括泡沫垫48在内的PCB 50插入第二层复合材料层46的玻璃纤维内衬中。
●将包括PCB 50的第二层复合材料层46的玻璃纤维内衬插入管22中，构成内芯18(不包括环氧树脂)且PCB 50被包覆其中。
●将组装好的内芯18、PCB 50、天线52和电池组54插入第一层复合材料层20的玻璃纤维内衬中。
●将所有先前组装好的层和元件从尾端32插入套管16。
●从尾端32用环氧树脂58填充套管16。可加热环氧树脂58以降低其粘度，使其可流入套管16中的所用开放空间，包括泡沫层48与元器件56之间的空间。或者使用一根管从前端24充入环氧树脂，填充后将其拔出。
●振动套管16(或使用真空泵)，使环氧树脂58中的气泡上升并排出环氧树脂58。
●用插塞30封闭套管。
●使环氧树脂58凝固。
标记10为内部的电子设备提供机械保护。在放顶煤开采中，对标记10的损坏可能来自于：爆破标记10外的矿体时产生的冲击力；在开凿矿石以及矿石从运输网络中移动时产生的压毁力(压缩)、磨削力(接触)、转向力和冲击力；矿体中的酸碱所造成的化学性损害；以及矿洞环境中的水所造成的水渍损害。分块崩落开采与上述方法大致相同，但爆破一般不是主要的碎石方法，所以标记10不会受到由爆破产生的冲击力。标记外罩12保护电子设备14免受这些力的冲击。由于其配置及上述的材料选择，外罩12是特别粗糙的。
以上就是对本发明不同实施例所作的说明，旨在对相关领域的一般技术之一进行说明。本说明书并未计划对本发明进行详尽说明或者将本发明局限于一个公开的实施例。如上所述，熟习以上教学领域的人可对本发明进行各种替换和修改。例如，申请人设想插塞30可带有一个坚固的前端部分以及一个前端引导部分，该前端引导部分可从前端部分上折断。坚固的前端部分可被旋入套管16的尾端32，而前端引导部分可从套管16向外延伸。前端引导包括内腔31和开口34。由于冲击，软管引导部分可能会从坚固的前端部分折断，而不会影响标记10的完整性。因此，虽然对某些替代性实施例进行了具体讨论，但熟习该领域一般技术的人可想出或相对容易地开发出其他实施例。因此本发明旨在包含本文所讨论的本发明所有的替代选择、修改和更改以及属于上述发明精神和范围内的其他实施例。

Claims (21)

1.一种RFID标记外罩，其至少包括两个相邻的材料层，这两个材料层至少包裹位于RFID标记外罩内部的RFID电子设备的一部分，其中相邻层之间的属性不同，以便使冲击波在RFID电子设备周围发生偏转。
2.根据权利要求1的RFID标记外罩包含一个由耐冲击塑料材质制成的套管。
3.根据权利要求1的RFID标记外罩包含一个包裹RFID电子设备的、具有弹性的可变形管。
4.根据权利要求1的RFID标记外罩，其中RFID电子设备的至少一部分包含一个含有电子元器件的印刷电路板。
5.一种RFID标记外罩，其包括：
一个套管；
一个悬吊在该套管中的内芯，其中在该内芯中至少有一部分RFID电子设备被包覆；以及
包裹内芯并填充套管的材料；
其中相邻两层的属性不同，因此可在材料与套管的交界处偏转冲击波。
6.根据权利要求5的RFID标记外罩，其中内芯包括一个具有弹性的可变形管构成内芯的外部，印刷电路板被包覆在这条管孔内。
7.根据权利要求6的RFID标记外罩，其中套管和管之间的空间填充有第一层加固材料，该加固材料的性质能够使第一层加固材料与套管或管的共界面或者第一层加固材料与两者的共界面产生阻抗失配。
8.根据权利要求7的RFID标记外罩，其中第一层加固材料是一种复合物。
9.根据权利要求7的RFID标记外罩，其中第一层加固材料是一种纤维增强型塑料。
10.根据权利要求7的RFID标记外罩，其中第一层加固材料是一种玻璃纤维增强型聚合物基体。
11.根据权利要求5的RFID标记外罩，其中在管孔和管内侧含有第二层加固材料。
12.根据权利要求11的RFID标记外罩，其中第二层加固材料是一种复合物。
13.根据权利要求11的RFID标记外罩，其中第二层加固材料是一种纤维增强型塑料。
14.根据权利要求11的RFID标记外罩，其中第二层加固材料是一种玻璃纤维增强的聚合物基体。
15.根据权利要求5的RFID标记外罩，其中内芯在印刷电路板周围还进一步包含一种减震材料。
16.根据权利要求15的RFID标记外罩，其中减震材料是一种泡沫材质。
17.根据权利要求6的RFID标记外罩，其中管是塑料材质。
18.根据权利要求6的RFID标记外罩，其中管是聚氯乙烯材质。
19.一种RFID标记外罩，其至少包括两个相邻的材料层，这两个材料层至少包裹位于RFID标记外罩内部的RFID电子设备的一部分，其中任意至少两个材料层之间存在阻抗失配。
20.一种包含安装在RFID外罩内的RFID电子设备的RFID标记，该RFID外罩包括：
一个套管；
一个悬吊在该套管中的内芯，其中在该内芯中至少有一部分RFID电子设备被包覆；以及
包裹内芯并填充套管的材料；
其中在材料和套管的交界处存在阻抗失配。
21.根据权利要求1的RFID标记在标记外罩上包含一个或多个可拆卸的倒钩结构。
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