1 引 言
射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)以識(shí)別速度快、精度高、無(wú)需接觸、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)而受到集裝箱運(yùn)輸業(yè)的青睞，得到了快速發(fā)展。他逐漸被運(yùn)用到了交通運(yùn)輸，航空包裹的管理，后勤管理，生產(chǎn)線自動(dòng)控制，門禁管理，物料處理，醫(yī)療等領(lǐng)域。RFID技術(shù)在對(duì)托盤、集裝箱、運(yùn)輸車輛等方面的管理，對(duì)商品的標(biāo)識(shí)以及供應(yīng)鏈整體的管理的應(yīng)用都促進(jìn)了物流業(yè)的發(fā)展。電子標(biāo)簽具有讀取距離遠(yuǎn)(一般在20 m以內(nèi))、適于惡劣環(huán)境、穿透性強(qiáng)、可識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等特點(diǎn)。
RFID技術(shù)在集裝箱領(lǐng)域的應(yīng)用使準(zhǔn)確控制、追蹤集裝箱的who，where，when信息成為了可能。集裝箱用電子標(biāo)簽多用超高頻(UHF)段。這個(gè)頻段的穿透能力強(qiáng)，并且在動(dòng)態(tài)讀取時(shí)顯示出了優(yōu)越性[1]。相對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的應(yīng)用，電子標(biāo)簽在集裝箱物流運(yùn)輸中的應(yīng)用具有很強(qiáng)的特殊性。RFID標(biāo)簽隨集裝箱在海上、碼頭、堆場(chǎng)等場(chǎng)所流動(dòng)，其工作環(huán)境具有溫差大，紫外線照射強(qiáng)度大，海水對(duì)標(biāo)簽有腐蝕性等特點(diǎn)，集裝箱用RFID標(biāo)簽的封裝必須考慮這些因素。同時(shí)集裝箱金屬表面對(duì)電磁波的反射作用，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憳O大。在金屬面的影響下，原來(lái)匹配的天線變得不匹配了，需要重新設(shè)計(jì)天線，重新進(jìn)行阻抗匹配。
2 RFID工作原理介紹
RFID是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。他的核心部件是一個(gè)電子標(biāo)簽，通過(guò)相距幾厘米到幾米甚至十幾米的距離內(nèi)讀寫器發(fā)射的無(wú)線電波，讀取電子標(biāo)簽內(nèi)的儲(chǔ)存信息。無(wú)源RFID標(biāo)簽是將讀寫器發(fā)送的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源為芯片電路供電的。圖1為標(biāo)簽與讀寫器通信的工作原理示意圖。
3 電子標(biāo)簽應(yīng)用于集裝箱領(lǐng)域出現(xiàn)的問題
3.1 集裝箱運(yùn)輸環(huán)境對(duì)電子標(biāo)簽應(yīng)用性能指標(biāo)的影響
相對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的應(yīng)用，電子標(biāo)簽在集裝箱物流運(yùn)輸中的應(yīng)用具有很強(qiáng)的特殊性。
(1)工作環(huán)境比較惡劣
電子標(biāo)簽隨集裝箱在海上、碼頭、堆場(chǎng)等場(chǎng)所流動(dòng)，與普通的電子標(biāo)簽工作環(huán)境不同。標(biāo)簽在設(shè)計(jì)和封裝時(shí)必須考慮以下幾個(gè)因素：
溫度的特殊性 集裝箱工作環(huán)境溫度高、溫差大，而且作業(yè)是全天候的。
高濕度的工作環(huán)境 集裝箱運(yùn)輸過(guò)程中的大部分時(shí)間在海上(或者內(nèi)河中)完成，因此電子標(biāo)簽必須要能夠在濕度為35%～80%的環(huán)境下工作。
強(qiáng)烈的紫外線照射 長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的紫外線照射加速了標(biāo)簽外殼塑料的老化。
酸堿腐蝕及振動(dòng)沖擊 集裝箱大部分時(shí)間都工作在碼頭、海上，這種環(huán)境要求標(biāo)簽抗酸堿腐蝕，同時(shí)封裝結(jié)構(gòu)和材料要抗振動(dòng)撞擊。
(2)標(biāo)簽動(dòng)態(tài)讀取
由于集裝箱流通速度較快，集裝箱信息必須能夠遠(yuǎn)距離訪問，因此，要求電子標(biāo)簽識(shí)別速度高(移動(dòng)速度>100 km/h)，距離遠(yuǎn)(>6 m)，準(zhǔn)確率高(>99%)等。
集裝箱用電子標(biāo)簽受金屬面的影響分析
3.2 集裝箱用電子標(biāo)簽受金屬面的影響分析
普通RFID標(biāo)簽直接貼附于金屬表面上，由于金屬表面對(duì)入射電磁波的反射作用，將會(huì)有較強(qiáng)的反方向電磁波也穿過(guò)電子標(biāo)簽。入射波與反射波相位疊加后將會(huì)抵消一部分，強(qiáng)度也會(huì)大大削弱，嚴(yán)重影響讀寫器對(duì)RFID標(biāo)簽的讀取距離，甚至無(wú)法讀取和RFID標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)，如圖2所示。同時(shí)，讀寫器與RFID標(biāo)簽間產(chǎn)生的磁通量會(huì)在金屬表面感應(yīng)渦流，根據(jù)楞次定律，渦流對(duì)讀寫器的磁場(chǎng)起反作用，致使金屬表面上的磁場(chǎng)被強(qiáng)烈地衰減了。
消除集裝箱金屬面影響的解決方法是提高天線和金屬面的相對(duì)高度。隨著相對(duì)高度的增加，合成場(chǎng)信號(hào)矢量將逐漸增強(qiáng)，到相對(duì)高度達(dá)到波長(zhǎng)的1/4時(shí)，合成場(chǎng)信號(hào)矢量達(dá)到最大，并可獲得3 dB增益。而RFID標(biāo)簽貼附于集裝箱金屬面上時(shí)，標(biāo)簽和金屬面之間的距離很小，可抬高的空間有限，達(dá)不到要求。例如：900 MHz射頻的1/4波長(zhǎng)近似為8 cm，而集裝箱外表面凹槽實(shí)際深度只有2 cm。需要在普通電子標(biāo)簽與金屬表面間插入一種隔離介質(zhì)，根據(jù)電磁波在介質(zhì)中的波長(zhǎng)公式： 其中：λ0為自由空間波長(zhǎng)，μ，ε分別為介質(zhì)導(dǎo)磁率和介電系數(shù)。
通常的做法是把隔離介質(zhì)與電子標(biāo)簽封裝成一體，從而形成防金屬電子標(biāo)簽。需要做的研究包括介質(zhì)的研究(介質(zhì)的選擇、試驗(yàn)與工藝過(guò)程確定等)，特定介質(zhì)參數(shù)的數(shù)據(jù)分析(μ，ε等)，以及封裝形式的選擇。
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