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RFID标签异常的影响因素

RFID标签异常的影响因素

发布日期:2020-07-21 18:28:18 作者:Ling 点击:298

RFID标签贴标的影响因素

1.影响读取率的射频特性
下面介绍影响读取率的射频特性。
   (1)半透明:一些材料在被射频能量穿过时,仅有很少或根本就没有任何阻碍作用。而用有机纤维和人造纤维做的衣服、纸质产品、木头、绝缘的塑料和纸板对射频都是半透明的,但是带箔片衬里的纸包装可能会阻挡射频能量。
    (2)吸收:液体、含液体的物质(如食物),特别是含盐的液体和食物,都会吸收超高频(UHF)射频能量。含化合物的碳,如固体状或粉状的石墨,也会吸收UHF射频能量。吸收会削弱或者衰减从阅读器天线发出或者从电子标签天线反射回的电磁场,它会随着物质和信号频率而变化。通过计算对各物质在某个频率的吸收率,可以得出介电损耗。将电子标签贴在瓶盖正下方的空气间隙上可以减少吸收部分电磁波能量。
    (3)屏蔽:金属和非常薄的金属箔片尤其会让无线电波偏离目标,阻止无线电波穿过。屏蔽材料可以被当成感应线圈。电子标签天线里的感生电流让电子平行运动,产生一个反向电磁场,这样就会削弱信号,一般来讲,较高频率的射频信号比低频更容易被屏蔽。
    (4)失谐:电子标签的天线受周围环境的影响很大。例如,电子标签贴在水箱上(箱子顶、箱子底等)时对标签的影响超过其他任何因素;罐子的吸收和屏蔽作用将降低到达电子标签的能量,并且减弱反射给阅读器的信号;电子标签彼此太靠近,会形成电容性耦合,使天线失谐;传送器、叉车和其他操作设备上的金属会阻碍和反射信号,造成失谐。电子标签拥有合适的天线形状,将其贴在包装箱子上的合适位置,并且使其托盘上的摆放方向合适,都能提高读取率。为此,可能还需要重新设计包装。
    (5)反射:反射是由于材料的表面有与周围环境空气不同的介电常数而产生的。信号反射可能是RFID技术在UHF频段遭到的最严重的问题。举例来说,因为反射,阅读器信号可能无法穿过塑膜包装的托盘,导致电子标签接收不到足够的启动能量;金属会反射几乎所有无线电信号。而某些类型的塑料薄膜、镀膜玻璃和建筑材料也会反射电磁波,使电磁波无法穿过。
    (6)干扰:干扰造成的所谓“死区”主要归因于环境因素。传送设备因为自身的电动机、控制器产生的震动或者电磁波释放会导致“死区”的出现。其RFID系统、无线计算机、无线电和电话都会产生干扰,但是通常阅读器/电子标签的空中接口可以过滤掉这些干扰。静电放电是由于材料累积静电并且没有正确接地导致的,它也会引起干扰。由于来自其他材料表面的多径反射,阅读器信号会自我干扰。干扰的例子包括信号穿过一个狭窄空隙后到过电子标签时发生的表面衍射,或者从金属物体反射并几乎同时到达电子标签的信号。

2.影响读取率的稳定因素
    标签的选用与附着贴标、天线架设方式、阅读器功率与参数设定这三个因素决定了RFID的读取率是否稳定。
1)选择合适标签
     标签的选择需根据阅读器操作距离、物品外形及材质、标签读取环境三个方面来综合考虑。
(1)阅读器操作距离:根据读取操作距离需求来决定采用何种频带系统的标签。
① 短距离手动读取。如果应用情境都是以手持式读取器来操作的,读取范围需求在20cm之内,而且每次只读取一个标签,则选择近场(Nearfield)磁感应方式的LF或HF标签,适当改变手持式设备感应角度,以达到最佳磁场切割作用,此时得到稳定读取率一般没有大问题。
② 短距离移动读取。如果应用情境是在输送带上读取物品标签,只要天线架设的有效读取区与物品移动方向构成磁场切割作用,慢速移动物品仍然可以采用HF标签。但是快速移动的物品建议还是采用远场(Farfield)电波共振式UHF标签,这样才可能有较好的读取率。
③ 长距离读取。有在超过1.5m以上距离的读取需求时,标签就要求有足够的敏感度(Sensitivity)。不管是固定或手持方式读取,1.5m距离基本上已超过LF或HF标签的极限。在目前的被动式(Passive)标签中,UHF标签是长距离读取的唯一选择,否则就要选择主动型(Active)标签才能确保长距离的稳定读取率。
(2)物品外形及材质:根据物品外形与材质选择合适标签规格。
① 敏感度。物品外形及材质会影响电磁场的穿透力(Penetration),也会影响标签的敏感度。通常标签的敏感度与其本身天线设计有关,敏感度越好的标签外形尺寸就越大。但是如果搭配天线架设角度,找到最好的极化面(Polarization),即使是小尺寸标签也能得到稳定的读取率。
② 感应角度。当环境有其他RFID阅读器同时运作时,标签感应角度就显得很重要。标签应根据物品移动方向选择最佳感应角度来附着物体,目的是与天线发射产生最佳的极化面,以确保较佳的读取方向,避免读取到其他不相干的标签。
(3)标签读取环境。
① 金属与含水分的环境。物品本身或环境若带有水气或金属成分也会影响标签的敏感度性能。水气会吸收部分电磁波能量,影响标签感度,金属制品则会全面反射电磁波从而影响标签的电磁耦合,两者都会造成读取率恶化。对于水气环境,只要空气湿度控制得宜应该不难解决;对于液体产品,只要标签与容器间保持固定间隙,仍然可以得到稳定的读取率。最难处理的就是金属反射环境,因为反射的电磁波强度会盖住标签背向散射(Backscatter)的信号,让读取器无法辨识标签的响应内容。因此在选择RFID读取环境时应该尽量避开金属反射环境。
② 金属专用标签或客制化金属标签。若标的物本身就是金属制品,欲达到满意的读取率恐怕只有使用金属专用标签或客制化金属标签。金属专用标签有一个特别设计的隔离层,可以避免金属材料对标签的特性影响,其读取距离为2~3m,但是若背景环境的反射电波太强,则仍然无法保证100%读取率。如果标签需求量够大或标的物属于高单价物品,笔者建议使用客制化金属标签。客制化金属标签的设计原理是将金属物体视为与标签芯片共振的部分天线,这样得到的读取距离与读取率都将大幅提升。笔者的使用经验为在4~6m距离时,读取率可达到99.5%的水平。
2)天线架设
天线架设要点是要达到最佳电磁场形态,同时避开电波反射干扰。RFID天线架设示意图如图7-29所示。
(1)读取区。目前固定型阅读器通常至少搭配有四组输出天线,适度控制读取器的输出功率与调整四组天线的发射方向,就可以消除读取死角,建构有效标签读取区。值得注意的是,在标签读取区最好避免金属直接反射平面,这种金属平面造成高强度反射电波,往往会将微弱的标签响应信号盖住,影响阅读器的信号辨识能力。
(2)极化面天线。目前阅读器使用的天线主要有线性波与旋转波两种极化面天线,线性波天线的穿透力比旋转波天线的穿透力强,而旋转波天线的方向性比线性波天线的方向性宽广。该选择何种极化面天线应根据标签在物品上的贴附方向来决定。标签贴附方向杂乱的选用旋转波天线的读取效果较佳,标签贴附方向一致的选用线性波天线会有较远的读取距离。
3)阅读器功率与参数的设定
(1)功率的设定。阅读器发射功率可以通过程序操作来控制,功率太强容易产生折射干扰,功率不足则无法达到启动标签电磁场的最低能量要求。笔者建议以由弱渐渐加强的方式           改变阅读器的功率输出,找出最低启动标签电源的阅读器输出功率(Minimum turn on power)平均值。再运用阅读器内建的RSSI(Received Signal Strength Indication)接收信号强度指针来分析标签灵敏度的平均值。比较标签的RSSI及最低标签启动电源的阅读器输出功率,找出适用于标签最佳读取率的功率设定条件。换言之,可利用RSSI与标签启动功率两个参数来判断目前架设的天线所发射的电波环境是否具备合理性。
(2)碰撞参数的设定。一个阅读器针对同一群标签通信时,在同一时刻接收到大量的标签传递的数据而产生了信号碰撞。结果就会造成读取率不佳。碰撞的解决与Q值的设定有关,Q值太大会影响读取器进行盘点所需时间,因此必须根据标签总数来决定,找出Q值与标签总数之间的优化关系,也即当标签数量为多少,找出最佳建议Q值。
(3)利用RSSI值过滤。Reader在读取某一区域内的标签数据时,同时也会接收到其他区域的标签数据。Reader程序可以根据标签响应的RSSI值差异性进行过滤,减少误判现象。
(4)避开盲点。由于环境折射波与天线直接波会产生相位加成与抵消作用,其中相位抵消的点会在有效读取区内产生读不到标签的盲点,所以可以利用不同角度天线架设组合,并由Reader程控改变天线切换开关,达到读取区中盲点的位置,减少因盲点造成的读取率不稳的现象。3.智能标签的贴放方法
1)贴标机的工作原理
首先,箱子在传送带上以一个不变的速度向贴标机进给。然后,机械上的固定装置将箱子之间分开一个固定的距离,并推动箱子沿传送带的方向前进。贴标机的机械系统包括一个驱动轮、一个贴标轮、标签带和一个卷轴。驱动轮间歇性地拖动标签带运动,标签带从卷轴中被拉出,同时经过贴标轮贴标。贴标轮会将标签带压在箱子上。在卷轴上采用了开环的位移控制,用来保持标签带的张力。因为标签在标签带上是彼此紧密相连的,所以标签带必须不断启停。
     标签是在贴标轮与箱子移动速度相同的情况下被贴在箱子上的。当传送带到达某个特定的位置时,驱动轮会加速到与传送带匹配的速度,待贴上标签后,它再减速直到停止。
由于标签带有可能会产生滑动,所以它上面有登记标志,用来保证每一张标签都被正确地放置。登记标志通过一个传感器来读取,在标签带的减速阶段,驱动轮会重新调整位置以修正标签带上的任何位置错误。
2)套标机的工作原理
     当推瓶电眼发现有瓶子过来并认为有连续生产的必要时,进瓶螺杆开始运作推瓶(进瓶螺杆的作用就是将不等距而来的瓶子重新等距、等初速度分瓶),然后瓶子进入套标系统的核心单元,当套标电眼感应到有瓶子过来时,马上将信息传输给控制中心PLC,并通过PLC依次并连续下达4个指令(送标、定位、切标、射标)。当射标结束,一个瓶子的套标过程便完成,之后便进入标签整理、收缩单元。
     智能标签的贴放方法主要取决于何时需要贴放标签,在货箱的什么位置贴放标签及设备的频率。在考虑任何贴标方法之前,应对货箱做分析测试来寻找最佳贴放位置,以保证能成功读取标签。如果分析测试非常成功,就可以确认在货箱的什么位置贴放标签,以及最佳的标签天线和阅读器天线配置。可以采用一种或多种贴标方法来满足生产要求和客户要求。
     标签贴在什么位置?包装需不需要预处理?这些看似简单而又直接影响系统识读率的主要因素,要需通过模拟实验和现场测试进行贴标分析,因此正确的贴标取决于很多因素,其中很多看起来最佳的方法后来往往被证明是错误或者成本昂贵的。下面将对这些方法分类并进行简单的分析。
(1)将标签嵌入包装:嵌有 RFID 芯片的一次性纸箱有几个吸引人的特性,其中最显著的是无须在包装和封装过程中对标签进行处理,为标签编码这一步骤在包装前、后均可进行,而且读取标签的成本和阅读器的成本都可由供应商承担。不过这种方法的缺点也很多。首先,业界预测包装公司要用三四年来解决物理上的障碍并提供完整的解决方案。错误修正、重新制作和退款都会增加成本,如果你有多种产品,不仅要求采用不同标签,而且标签粘贴位置也不同,那么你不得不采购、存储、和管理多种包装,使之和产品内容配套。其次,不仅纸箱生产商会因为对制造流程进行大改动而投入大量资金,纸箱包装产品的运输链和供应链也都需要重新设计。目前,纸箱往往堆放在室外,其环境不可控制。堆叠积压、叉车的粗糙处理和恶劣的环境都不利于嵌有电子元件的产品。最后,带有电子标签的纸箱包装可能还会遇到环保问题和回收再利用的问题,这取决于不同国家和地区之间的各种环保法规。
(2)先贴标、后编码:如果货箱上预先印刷了条码,那么可以在编码之前先将背面带粘胶的RFID标签贴到货箱上。其工作流程具体为:用上游贴放器把标签固定到货箱上,当货箱通过包装线时,由一台固定在包装线上方的阅读器为它编码。这种方法可以使处理过程流程化,而且能够降低成本,特别是在现有的贴放设备能处理贴标任务的情况下。但这种方法的一个不足之处是无法在现有的贴标之前检查出“哑”标签和坏标签,这极有可能导致很多货箱要重新贴标。这个方式的另一个缺点是不可避免地会为碰巧在附近的标签也进行编码。目前市场上大多数贴放器的设计中没有处理成卷On-pitch标签的功能。当某些标卷轴绕得过紧时,容易导致标标签卡在贴放器中,甚至会造成严重损害。此外,如果标签背面的粘胶不牢固,那么标签可能会在未经发现的情况下从货箱上脱落。标签行业花费了数年时间为不同的应用寻找完美的粘胶解决方案,但许多只供应标签的供应商才刚刚接触这方面的知识。因此,这种方式因为潜在的“哑”标签和坏标签、标签受损或掉落及的误编码问题而增加了流程的不稳定因素。
(3)先编码、后贴标:这个方法解决了先贴标、后编码方法的一些缺点,其具体流程是:首先采用嵌在贴放器里的编码器对标签进行编码,然后再贴标。遗憾的是,截至本书发布之时,这种方法还没有得到相关的证实。On-pitch标签卷的灵活性和功能比智能标签要差。此外,标签自身也因为可选择的胶有限而难以贴放到货箱上。最后,这种方法往往不能满足RFID标识原则,该原则规定要使用EPCglobal Inc.图标对带RFID的货箱进行清晰标记,以便消费者识别。货箱上预打印的消费者提升可能会因标记标准不断变化而不得不改变。
(4)先编码、印刷,然后贴标签:智能标签便是依照这种方法贴标的,该方法的具体流程为贴放器先为标签编码,并印刷标签,然后把标签贴到货箱上。它通过校验、检测错误、恢复功能可保证标签的正常工作。这种方法可以在包装流程中合适的环节进行。采用同样的保证措施可以检验印刷是否完成

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关键词: RFID标签异常的影响因素RFID标签RFID

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