專利名稱：與紡織產品載體進行通信的設備和方法
技術領域：
本發明涉及紡織產品領域。其涉及一種如對應的獨立權利要求的前序中所描述的、與紡織產品載體進行通信的設備和方法。
背景技術：
在DE 37 32 367 C2中，公開了一種配置在紡織品線軸上的電子芯片。該芯片可以通過在線軸的讀取位置處由讀取設備所電接觸的接觸面而與讀設備進行通信。可替選地，該芯片連接到配置在鐵氧體上的印刷線圈上。這允許與該芯片的感應通信。印刷線圈可以相對于線軸同心地配置，假設線軸可以與芯片通信，而不管其角坐標。但是，沒有說明使本領域的技術人員實現在線軸以例如通常高達25,000rpm的高速度進行旋轉時能夠與芯片進行通信。
發明內容
本發明的目的是創建一種與前述類型的紡織產品載體進行通信的設備和方法，其提供了針對上述設備的改進。本發明的另一目的是提供與位于高速旋轉的紡織產品載體上的電子標簽進行通信。本發明的又一目的是提供一種在紡織產品載體上的電子標簽，該電子標簽包括有源供電的電子芯片。
這些目的是通過根據對應的獨立權利要求的、與紡織產品載體進行通信的設備和方法來實現的。
與紡織產品載體進行通信的本發明設備包括帶有天線的電子標簽。該設備被配置成與紡織產品載體一起移動并圍繞紡織產品載體的軸而旋轉，其中，紡織產品載體具有被配置成置于紡錘上的第一端以及與第一端相對的第二端。該天線的主靈敏度是相對于沿著軸的電磁場變化而言的，并且該天線位于紡織產品載體的第二端。
結果，當產品載體處于旋轉中時，利用RFID技術的對象識別是可能的。因為電子標簽被三維地嵌入到非金屬的產品載體中，所以，即使當產品載體置于紡錘上并處于旋轉中時，其也允許識別以及與標簽的通信。而且，位于第二端的天線遠離紡錘的端來布置。換句話說，當紡織產品載體置于紡錘上時，紡錘不通過天線。如果紡錘通過天線的情況下，金屬的紡錘將妨礙通過天線的射頻(RF)通信。
在本發明的優選實施例中，在所述天線沿所述軸、在垂直于所述軸(7)的平面上的平行投射中，所述天線的投射包圍的面積是所述天線沿任何其它方向上投射所包圍的面積的最大值或接近最大值。所述面積構成電磁通量的通量窗口，該電磁通量耦合到天線中的電動勢或電流。
在本發明的優選實施例中，當紡織產品載體在恒定磁場中圍繞所述軸旋轉時，在天線中感應的電壓與圍繞任何其它軸旋轉而感應的電壓相比是最小的或接近最小的。這消除了雜散磁場的干擾。實際上，天線并非理想的，并且可能拾取小的干擾信號。鑒于此原因，在本發明優選實施例中的通信頻率是與對應于載體旋轉的預期速度的干擾頻率不同的頻率。
在本發明的優選實施例中，天線對于所述軸是對稱的。在本發明的又一優選實施例中，天線在與所述軸正交的兩個方向上延伸。即，當沿著所述軸觀察天線時，由天線所圍繞或跨越的開口是可見的。天線優選地為圓形或者螺旋形。其可以包括基本上配置在垂直于所述軸的平面中的一個或多個環。或者，天線可以是至少近似螺旋形的線圈，并且螺旋體的軸與紡織產品載體的軸一致。這使得天線可以通過將線纏繞圓柱形的支撐部而成。
在本發明的優選實施例中，電子標簽被配置成通過天線、以射頻頻譜來通信。
在本發明的又一優選實施例中，電子標簽和天線嵌入紡織產品載體中，使得在載體的表面上沒有額外的厚度。這也避免了在別的方式的情況下，在載體的長期運行期間可能發生的畸變和物理損壞。
在本發明的又一優選實施例中，該設備包括一子配件，該子配件包括支撐天線和電子標簽的主體，其中，該子配件是至少下列之一●插入注模到所述紡織產品載體(1)中，●置于所述紡織產品載體(1)中，或者●置于所述紡織產品載體(1)上。
優選地，所述主體包括中空的部分，在天線纏繞該體之前或之后，電子芯片置于其中。將天線線圈和芯片以這種方式嵌入紗管(cop)而保持組件的安全，并且免受由于粗魯的處理或任何其它物理接觸而引起的損壞。
在本發明的又一優選實施例中，紡織產品載體是在第二端處封閉的中空的圓錐體或圓柱體，并且子配件位于紡織產品載體內的第二端處。子配件從頂部或底部插入產品載體的腔中。
在本發明的又一優選實施例中，紡織產品載體是在第二端處敞開的中空的圓錐體或圓柱體，而子配件是圓柱形狀或圓錐形狀，并置于紡織產品載體內的第二端處或者繞著所述紡織產品載體而置于所述第二端處。
在本發明的又一優選實施例中，該設備包括當紡織產品載體在磁場中旋轉時給有源標簽供電的電樞線圈。優選地，該磁場為恒定場，其由置于產品載體的頂端附近的永久磁體產生。在磁場中旋轉電樞線圈使得線圈切割磁場。這感應出電流，以給電子標簽供電和/或對諸如電子標簽的電池或電容器的電源存儲裝置進行充電。
電樞線圈可以是圓形、橢圓形、矩形等。原則上，其優選地至少在與所述軸平行的第一方向上以及與所述軸正交的第二方向上延伸。
在本發明的另一優選實施例中，有源電子標簽根據通信信號，提取功率來對其電能量存儲裝置進行充電。
與紡織產品載體進行通信的方法，其中，紡織產品載體包括連接到電子標簽的天線，該方法包括下列步驟●將紡織產品載體置于紡錘上；●旋轉紡織產品載體●當紡織產品載體旋轉時，通過天線、在射頻通信鏈路上與電子標簽進行通信。
通信可以使用加密，以防止未授權方讀取或寫入標簽或者偷聽通信。
在本發明的優選實施例中，該方法還包括如下步驟通過與磁場中旋轉的紡織產品載體電連接的電樞線圈，將電源提供給電子標簽。
貫穿本申請，主要對紡織機中所產生的紗線進行纏繞的紗管或環架構紗管進行了引用。但是，應該清楚，本發明適用于諸如線軸(spool)、繞線筒(bobbin tube)、錐體(cone)等可在生產期間的某個時候旋轉的任何非金屬產品載體，并且與它在旋轉期間進行通信。
根據從屬專利權利要求，進一步的優選實施例是顯而易見的。方法權利要求的特征可以與設備權利要求的特征相結合，并且反之亦然。
將參考優選的示例性實施例，在下文中更為具體地說明本發明的目的，該實施例結合附圖來描述，其中圖1示出了紡織機中的紡織紗管；圖2示出了紡織紗管；圖3示意性地示出了圓錐形的紗管的橫截面圖；圖4示意性地示出了圓柱形的紗管的橫截面圖；圖5示意性地示出了紗管的尖端處的子配件；圖6示意性地示出了開口的紗管尖端；圖7示意性地示出了置于紗管尖端內的預制的子配件；圖8示意性地示出了置于紗管尖端上的預制的子配件；圖9示意性地示出了天線的實施例；圖10示意性地示出了天線的另一實施例；圖11示意性地示出了電樞線圈的布置；以及圖12示意性地示出了組合的天線和電樞線圈。
圖中所用的附圖標記及其含義以總結的形式在附圖標記列表中列出。原則上，在圖中，相同的部分提供有相同的附圖標記。
具體實施例方式
圖1示出了紡織機中的紡織紗管1。在紗管1之間配置了隔離物11。在紗管1的底部，正在紡織的紗線13已覆蓋紗管1的第一端8。在紗管1的頂部，第二端9是敞開的，即，紗管1為圓柱形并具有從紗管1的一端到另一端的開口。該開口置于紡錘上。
圖2示出了其第二端9是封閉的紡織紗管1。在第二端9之間，設置了隔離物11。
圖3示意性的示出了在操作時置于圓錐形紡錘10上的圓錐形紗管1的橫截面圖。在紗管1的第二端9，配置了子配件2。子配件2攜帶了天線和RFID標簽(在下文中更為具體地描述)。第二端9是封閉的，并且通過將子配件2推上錐形腔，可以將子配件2插入紗管1。其可以楔入或粘到第二端9之內而保持在那里。可替選地，子配件2可以是在紗管1中的插入注模。
同樣示出的是用于經由電樞線圈6而給RFID標簽5供電的恒定永久磁體12的位置，如將在下文中說明。
圖4示意性地示出了圓柱形紗管1或其它其第二端9是敞開的紡織產品載體的橫截面圖。這里的子配件2的形狀為環繞開口14的圓凸或圓環。在第一端8，紡織產品載體1具有環繞外圓周的環狀突起或緣15。
根據本發明的其它實施例，螺旋管形的子配件2并入在其第二端9是敞開的圓錐形紗管1中；或者，如圖3中所示的子配件2并入在其第二端9是封閉的圓柱形紗管1中。
圖5示意性地示出了在紗管1的尖端中的子配件2。紗管1的尖端用虛線畫出。子配件2包括圓柱形的主體3、纏繞主體3的天線線圈4以及附著到主體3的RFID標簽5。天線4優選地形成螺旋形線圈；天線4的兩端電連接到RFID標簽5。RFID標簽5可以置于子配件2的井中。
RFID標簽5可以是使用接收信號的能量來創建和發送響應信號的無源型的收發器，或者可以是帶有電存儲裝置來給RFID標簽5供電的有源標簽。標簽可以包括任意公知的RFID標簽技術，包括微處理器和固體存儲器。
為了于RFID標簽5通信，安裝在紗管1附近的固定的發送器/接收器通過固定的天線，優選地在RF范圍中產生電磁場。因為紗管1中的天線4對于軸7被對稱地配置，其中，紗管1圍繞該軸7旋轉，所以，電磁場的接收基本上獨立于紗管1的角坐標。固定天線優選地直接位于具有天線線圈4的第二端9的上方，由此提供最大的讀取范圍。如果該天線偏離旋轉紗管的軸一角度，操作也是可能的。但是，從0度到9度增加角度，將逐漸減小傳送效率和讀取范圍。
此外，因為紗管1和子配件2的材料是非導電性的，并且因為金屬紡錘10沒有延伸以致接近或穿過天線線圈4，所以沒有紡錘10的金屬干擾的接收是可能的。同樣地，RFID標簽5可以通過天線4發送RF信號。在本發明的優選實施例中，RFID標簽5包括消除由電磁的雜散場引起的或者由雜散磁場中非理想天線的快速旋轉引起的干擾的電路。
圖6示意性地示出了敞開的紗管尖端。天線4纏繞紗管1自身的材料，并且RFID標簽5附著于天線4和紗管1。通過環繞天線4和RFID標簽5而注模和/或纏繞適當材料的條或帶，來填充天線4、RFID標簽5和紗管1的外圍之間的剩余間隙16，使得經填充的間隙的外圍(用虛線畫出)與紗管1的外表面齊平。這種將天線4和RFID標簽5配置在紗管1上而不用子配件2的方法當然也可以用于圖5的封閉的紗管1。另一方面，通過將圖4中的環形或螺旋管形的子配件2滑到紗管1上或滑入紗管1并通過粘合將其固定在預定位置，從而子配件2可以用來改裝現有的紗管。
盡管在圖5中，RFID標簽5圖示為位于天線線圈4的繞組之上，但是，在圖6中，RFID標簽5圖示為位于繞組之下，優選地位于形成在紗管1中的腔內。當然，RFID標簽5的這種布置也可以在圖5的實施例中實現。
圖7和圖8示意性地示出了插在紗管1中或在紗管1上的預制的子配件2的截面圖。這些實施例中的子配件2優選地具有圓錐形或錐形環的形式。其被構造成類似于圖5中給出的子配件2，但是，RFID標簽5和天線線圈4由覆蓋部分所覆蓋。覆蓋部分可以是獨立的部分，或者環繞RFID標簽5和天線線圈4被注模，使得它們受到保護，并使得在子配件2的外面提供了光滑的表面。兩個實施例都可以用來改裝現有的紗管。在兩個實施例中，子配件2可以例如被粘到位置上并且/或者可以通過“插銷式(snapin)”連接而插入，如下所述在圖7的實施例中，在圓錐形紗管1內表面靠近其頂部9處，形成圓形凹槽19，其具有與子配件2的高度相對應的高度。子配件2是截錐體或至少在其外圍是錐形的環。子配件2的下端的外尺度稍大于在凹槽19的下邊緣處的紗管1的內尺度。結果，子配件2在紗管1的開口插入，朝向凹槽19被強制向上，并因子配件2和/或紗管1的彈力而卡到凹槽19中的位置。
在圖8的實施例中，在圓錐形紗管1外部靠近其頂9處，形成凹槽19，其具有與子配件2的高度相對應的高度。子配件2是至少在其內圓周成錐形的環。子配件2的上端的外尺度稍小于在凹槽19的上邊緣處的紗管1的外尺度。結果，子配件2置于紗管1的上端9上，朝向凹槽19被強制向下，并因子配件2和/或紗管1的彈力而卡到凹槽19中的位置。
圖9示意性地示出了天線4的實施例，其中，柔性的或非柔性的印刷電路17形成環形天線4，并攜帶電連接到天線4的RFID標簽5。在該實施例中，印刷電路17具有上述子配件2的主體3的功能。將RFID標簽5置于形成天線線圈4的環或數個環的中間，允許很小的實現。
圖10示意性地示出了天線4的另一實施例，其中，印刷電路17上的天線4是由具有兩個或更多環的螺旋形的導電條形成。為了避免印刷電路17上的導電條的交叉，RFID標簽5置于天線4上，使得RFID標簽5的第一連接點在螺旋的內部接觸天線4的一端，而RFID標簽5的第二連接點在天線4的外部接觸天線4的另一端。(被天線4所遮掩的條的部分由點線示出)。印刷電路17的中心處的開口使得其用在其中第二端9是敞開的紗管1中。
圖11示意性地示出了電樞線圈6的布置。該圖示出了僅僅單環的情況，但是，可替選地，電樞線圈6可以沿圖中所示的圓周而包括數個環。為清晰起見，天線4未示出，其可以被配置在電樞線圈6之上或之下。電樞線圈6橫跨在旋轉軸7的方向上以及在與軸7正交的方向上延伸的通量窗口。結果，在恒定磁場中圍繞軸7旋轉電樞線圈6將感應電動勢、電壓和電流，其被整流并用來給RFID標簽5供電和/或對諸如RFID標簽5的電池或電容等電存儲裝置進行充電。
為了通過電樞線圈6產生磁場來對RFID標簽5進行供電，在處于其工作位置處的每個紗管的第二端9的位置附近的支撐物上布置有永久磁體。例如，參考圖1和圖2，永久磁體附著到隔離物壁11上。
圖12示意性地示出了用作天線和電樞線圈的組合線圈18的幾何體或延伸。同樣，一個或多個環可以沿所示的線布置。組合線圈18沿著軸7和垂直于軸7并相互垂直的兩個方向上而在三維上延伸。結果，沿著軸的RF場被檢測，且恒定磁場將使得感應出中樞電流。對于該天線的實施例，RFID標簽5包括濾波器電路以將通信信號與電源信號分開。
圖9到圖12中所示的天線實施例可以與各種載體實施例以及如何將天線4或子配件2嵌入載體1的不同形式相結合。
雖然本發明已經在本發明的該優選實施例中予以描述，但是，顯然應理解，本發明并不限于此，而是可以在權利要求的范圍內以其它各種方式實施和實現。
符號列表1紗管12永久磁體2子配件 13紗線3主體14開口4天線15邊緣5RFID標簽16間隙6電樞線圈17印刷電路7軸 18組合線圈8第一端 19凹槽9第二端 20凹槽的下邊緣10紡錘 21凹槽的上邊緣11隔離物
權利要求
1.一種與紡織產品載體(1)進行通信的設備，包括具有天線(4)的電子標簽(5)，并被配置成與所述紡織產品載體(1)一起移動且圍繞所述紡織產品載體(1)的軸(7)而旋轉，其中，所述紡織產品載體(1)具有被配置成置于紡錘(10)上的第一端(8)以及與所述第一端(8)相對的第二端(9)，其特征在于，所述天線(4)的主靈敏度是相對于沿所述軸(7)的電磁場變化而言的，以及所述天線(4)位于所述紡織產品載體(1)的第二端(9)。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，在所述天線(4)沿所述軸(7)、在垂直于所述軸(7)的平面上的平行投射中，所述天線(4)的投射包圍的面積是所述天線(4)沿任何其它方向上投射所包圍的面積的最大值或接近最大值。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其中，當所述紡織產品載體(1)在恒定磁場中繞著所述軸(7)旋轉時，在所述天線(4)中感應的電壓與繞著任何其它軸旋轉而感應的電壓相比是最小的或接近最小的。
4.根據權利要求2或3所述的設備，其中，所述天線(4)相對于所述軸(7)是對稱的，并且特別是圓形的或螺旋形的。
5.根據前述權利要求之一所述的設備，其中，所述電子標簽(5)被配置成通過所述天線(4)、以射頻頻譜來通信。
6.根據前述權利要求之一所述的設備，其中，所述電子標簽(5)和所述天線(4)被嵌入所述紡織產品載體(1)，使得在所述紡織產品載體(1)的表面上沒有額外的厚度。
7.根據前述權利要求之一所述的設備，包括子配件(2)，該子配件(2)包括支撐所述天線(4)和所述電子標簽(5)的主體(3)，其中，所述子配件(2)是至少下列之一●插入注模到所述紡織產品載體(1)中，●置于所述紡織產品載體(1)中，或者●置于所述紡織產品載體(1)上。
8.根據權利要求7所述的設備，其中，所述紡織產品載體(1)是在所述第二端(9)處封閉的中空的圓錐體或圓柱體，并且所述子配件(2)位于所述紡織產品載體(1)內的所述第二端(9)處。
9.根據權利要求7所述的設備，其中，所述紡織產品載體(1)是在所述第二端(9)處敞開的中空的圓錐或圓柱體，并且所述子配件(2)是圓柱形或圓錐形，且置于所述紡織產品載體(1)內的所述第二端(9)處，或者繞著所述紡織產品載體(1)而置于所述第二端(9)。
10.根據前述權利要求之一所述的設備，包括電樞線圈(6)，其用于在所述紡織產品載體(1)在磁場中旋轉時為有源標簽(5)供電。
11.根據權利要求10所述的設備，其中，所述電樞線圈(6)至少在與所述軸(7)平行的第一方向上以及與所述軸(7)正交的第二方向上延伸。
12.一種在根據前述權利要求之一所述的設備中使用的子配件(2)，該子配件(2)包括支撐天線(4)和電子標簽(5)的主體(3)。
13.根據權利要求12所述的子配件(2)，具體用于改裝紡織產品載體(1)，其中，所述天線(4)和電子標簽(5)由覆蓋件所覆蓋和保護。
14.一種與紡織產品載體(1)進行通信的方法，其中，所述紡織產品載體(1)包括根據權利要求1到11之一所述的設備，并且天線(4)連接到電子標簽(5)，其中，所述方法包括下列步驟●將所述紡織產品載體(1)置于紡錘(10)上；●旋轉所述紡織產品載體(1)；●當所述紡織產品載體(1)旋轉時，通過所述天線(4)、在射頻通信鏈路上與所述電子標簽(5)進行通信。
15.根據權利要求14所述的方法，還包括如下步驟通過與在磁場中旋轉的所述紡織產品載體(1)電連接的電樞線圈(6)，向所述電子標簽(5)供電。
全文摘要
一種與紡織產品載體進行通信的設備，其包括具有天線(4)的電子標簽(5)，并且被配置成與紡織產品載體一起移動且圍繞紡織產品載體(1)的軸(7)而旋轉，其中，紡織產品載體(1)具有被配置成置于紡錘(10)上的第一端(8)以及與第一端(8)相對的第二端(9)。天線(4)的主靈敏度是相對于沿著軸(7)的電磁場變化而言的，且天線(4)位于紡織產品載體(1)的第二端(9)。
文檔編號H01Q1/36GK101058378SQ20071009812
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月13日 優先權日2006年4月17日
發明者謝卡里普拉姆·納拉亞納斯瓦米·拉馬錢德蘭, 瑪哈林甘·克里希納斯瓦米, 戈帕薩米·錢德拉莫漢 申請人:普勒米爾開發私人有限公司