1 引 言
射頻識別技術(shù)(RFID)以識別速度快、精度高、無需接觸、環(huán)境適應(yīng)性強等特點而受到集裝箱運輸業(yè)的青睞，得到了快速發(fā)展。他逐漸被運用到了交通運輸，航空包裹的管理，后勤管理，生產(chǎn)線自動控制，門禁管理，物料處理，醫(yī)療等領(lǐng)域。RFID技術(shù)在對托盤、集裝箱、運輸車輛等方面的管理，對商品的標(biāo)識以及供應(yīng)鏈整體的管理的應(yīng)用都促進了物流業(yè)的發(fā)展。電子標(biāo)簽具有讀取距離遠(一般在20 m以內(nèi))、適于惡劣環(huán)境、穿透性強、可識別運動目標(biāo)等特點。
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。這個頻段的穿透能力強，并且在動態(tài)讀取時顯示出了優(yōu)越性[1]。相對于工業(yè)自動化等領(lǐng)域的應(yīng)用，電子標(biāo)簽在集裝箱物流運輸中的應(yīng)用具有很強的特殊性。RFID標(biāo)簽隨集裝箱在海上、碼頭、堆場等場所流動，其工作環(huán)境具有溫差大，紫外線照射強度大，海水對標(biāo)簽有腐蝕性等特點，集裝箱用RFID標(biāo)簽的封裝必須考慮這些因素。同時集裝箱金屬表面對電磁波的反射作用，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憳O大。在金屬面的影響下，原來匹配的天線變得不匹配了，需要重新設(shè)計天線，重新進行阻抗匹配。
2 RFID工作原理介紹
RFID是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。他的核心部件是一個電子標(biāo)簽，通過相距幾厘米到幾米甚至十幾米的距離內(nèi)讀寫器發(fā)射的無線電波，讀取電子標(biāo)簽內(nèi)的儲存信息。無源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 集裝箱運輸環(huán)境對電子標(biāo)簽應(yīng)用性能指標(biāo)的影響
相對于工業(yè)自動化等領(lǐng)域的應(yīng)用，電子標(biāo)簽在集裝箱物流運輸中的應(yīng)用具有很強的特殊性。
(1)工作環(huán)境比較惡劣
電子標(biāo)簽隨集裝箱在海上、碼頭、堆場等場所流動，與普通的電子標(biāo)簽工作環(huán)境不同。標(biāo)簽在設(shè)計和封裝時必須考慮以下幾個因素：
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 集裝箱運輸過程中的大部分時間在海上(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。
強烈的紫外線照射 長時間、高強度的紫外線照射加速了標(biāo)簽外殼塑料的老化。
酸堿腐蝕及振動沖擊 集裝箱大部分時間都工作在碼頭、海上，這種環(huán)境要求標(biāo)簽抗酸堿腐蝕，同時封裝結(jié)構(gòu)和材料要抗振動撞擊。
(2)標(biāo)簽動態(tài)讀取
由于集裝箱流通速度較快，集裝箱信息必須能夠遠距離訪問，因此，要求電子標(biāo)簽識別速度高(移動速度>100 km/h)，距離遠(>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，由于金屬表面對入射電磁波的反射作用，將會有較強的反方向電磁波也穿過電子標(biāo)簽。入射波與反射波相位疊加后將會抵消一部分，強度也會大大削弱，嚴(yán)重影響讀寫器對RFID標(biāo)簽的讀取距離，甚至無法讀取和RFID標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)，如圖2所示。同時，讀寫器與RFID標(biāo)簽間產(chǎn)生的磁通量會在金屬表面感應(yīng)渦流，根據(jù)楞次定律，渦流對讀寫器的磁場起反作用，致使金屬表面上的磁場被強烈地衰減了。
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高度。隨著相對高度的增加，合成場信號矢量將逐漸增強，到相對高度達到波長的1/4時，合成場信號矢量達到最大，并可獲得3 dB增益。而RFID標(biāo)簽貼附于集裝箱金屬面上時，標(biāo)簽和金屬面之間的距離很小，可抬高的空間有限，達不到要求。例如：900 MHz射頻的1/4波長近似為8 cm，而集裝箱外表面凹槽實際深度只有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)中的波長公式： 其中：λ0為自由空間波長，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、試驗與工藝過程確定等)，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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