声波识别(SWID)技术

声波识别(SWID)技术

背景技术

1948年哈里·斯托曼发表“利用反射功率的通信”奠定RFID理论基础，； 1980年代：RFID开始商业应用；1990年代：开始建立标准；2000年代：开始推 动广泛应用。技术上经过了从低频段系统到高频段系统的过程。应用领域从静态 到动态，从简单到复杂，从卡，锁类应用，到生产流程控制，从低速运动对象到高 速运动对象应用的发展过程.RFID技术被认为是21世纪全球十大重要技术之一， 其市场是手机的十倍以上。但是，RFID的进一步推广正在遇到种种困惑。首先遇 到了金属箱体对射频天线辐射特性的影响所造成的麻烦，在密集摆放的金属箱体 环境下难于正常识别的困惑。更大的难点还在于无线电波难于在水下和地下传播， 对于水下和地下应用一点办法都没有。而成本问题至今仍然是大规模广泛应用的 制约因素。

本发明的领域

本发明属于自动识别技术领域。当今自动识别技术可分为两大类：第一类， 对自然对象固有特征的解析和识别。如语音识别，指纹识别，虹膜识别，测井声 波回波识别等。第二类，对人为(含人工智能)赋予对象的标志信息的标示，传 送和识别。有条形码技术，射频识别(RFID)技术。本发明所述声波识别(SWID) 是继条形码技术，射频识别(RFID)技术之后，同属于第二类自动识别技术的一 项新的自动识别技术。本发明SWID技术与RFID技术的根本差别在于：RFID以射 频无线电波为空间接口的传输载体，实现对以物件为对象的标志信息标示，传送 和识别。本发明SWID技术以声波为空间接口的传输载体。实现对物件为对象的标 志信息标示，传送和识别。已有的可能被混淆的技术如：表面声波射频识别技术， 其在设备设计中采用了表面声波器件，而空中接口依然是以射频无线电波作为传 输载体，当然属于RFID。另外，语音识别技术，是对语音进行解析与合成的技术。 再有石油钻井探测中应用到井下回波识别技术，是声波在探测领域中的应用。这 后面两个例子同属于对自然对象固有特征的解析性的识别。均与本发明无关。除 以上可能在名称上有相近之处而本质完全不同的情况外，在国内外论著，报道中 从未有过与本发明有相关的论述。也未见到研究院所，高等院校有过相似地研究 专题。

本发明所述声波识别(SWID)技术的价值，首先是对第二类识别技术的重要 补充。填补了RFID在水下和地下应用的盲点，改善了RFID在金属件和金属箱体 应用上的不足。再者在实现成本上也具有潜在优势，对RFID形成冲击。因此，有 巨大的市场和产业价值。

发明内容

本发明所述的SWID空间接口组成。共包括SWID电子标签(或 简称SWID标签)，SWID读写器和传输介质三个部分。SWID读写 器和SWID电子标签通过传输介质构成下行信道和上行信道。

本发明所述的SWID标签由标签激励单元和SWID电子标签换能 器组成。SWID电子标签激励单元是在次声波，可听声波，超声波频 段内占有某一子频带或若干子频带，用来为SWID电子标签换能器提 供激励信号的单元。同一标签上的SWID电子标签换能器与SWID电 子标签激励单元工作于相同的声波(包括次声波，可听声波，超声波) 频段内的同一或相同的多个子载波频带。SWID电子标签换能器用来 实现电信号能量与声波能量的相互转换。当SWID电子标签处于接收 状态时，SWID电子标签换能器功能是将来自SWID读写器，并经介 质空间到达的声波能量转换为电信号能量；当SWID电子标签处于发 送状态时SWID标签换能器的功能是将来自SWID电子标签激励单元 的电信号能量转换为声波能量，并经由介质空间传送到SWID读写 器。

本发明所述的SWID电子标签激励单元由激励频率源(或时钟 源)，编解码器，控制，电源等部分，以及相关的通信协议和控制软 件组成。SWID标签可以自带电源，也可以由接收来自SWID读写器 的信号中提取能量作为标签电源。

本发明所述的SWID标签激励单元，有两种不同的设计方案：

其一。无调制设计方案如图1。本发明所述的SWID电子标签激 励单元无调制设计方案中基带信号经由控制电路与SWID电子标签 换能器相接。无需提供载波信号；激励频率源只有时钟源。

其二。有调制设计方案如图2。本发明所述的SWID电子标签激 励单元有调制设计方案中基带信号要通过对射频载波进行调制后与 SWID电子标签换能器相接。例如载波激励源进行调制。需要说明的 是这里虽然出现了载波，但调制后的已调信号仍然是经换能器，并以 声波为传输载体，进行信息传送。所以还是属于SWID范畴。

本发明所述的SWID有调制设计方案与RFID的另一个区别在于 以无线电波为传输载体的RFID的波长远长于以声波为传输载体的 SWID的波长。所以SWID的有调制设计方案的载波频率比RFID要 低很多。

本发明所述的SWID读写器由读写器激励单元和读写器换能器组 成。

本发明的SWID读写器激励单元将主要由SWID读写器发送部分， SWID读写器接收部分和SWID基带部分，相关的通信协议和控制软 件，以及电源等部分组成。与本发明的本发明所述的SWID读写器激 励单元与SWID标签激励单元一样有两种类型。

其一：无调制设计方案。无调制设计方案的SWID读写器激励单元 的发送部分是将SWID基带部分形成的基带信号经放大后，送SWID 读写器的换能器，将电信号转变为声波发射到介质空间，经过介质空 间到达SWID标签实现对SWID电子标签的询问。来自SWID电子 标签的返回信号经直接放大送SWID读写器基带部分。在无调制设计 方案中，来自SWID电子标签的应答声波信号，经SWID读写器换能 器将接收到的声波信号转变为电信号送到SWID读写器激励单元接 收部分进行处理。

其二：有调制设计方案。有调制设计方案的SWID读写器激励单元 的发送部分是将SWID基带信号作为控制(或调制)信号，对载波实 施调制(或控制)后，送SWID读写器的换能器以声波型式发送到介 质空间，然后到达SWID电子标签换能器，实施对SWID电子标签 的询问。

有调制设计方案的SWID读写器激励单元的接收部分，通过 SWID读写器换能器接收来自SWID电子标签的返回信号经放 大，除去载波后，送SWID读写器基带部分。尽管这些设备中使用了 载波，但其传播载体不是无线电波，而是声波。所以属于本发明所述 的SWID，而不属于RFID。

本发明所述的SWID读写器激励单元的基带部分承担实现信号 编解码，通信控制，和通信协议等功能。

本发明所述的SWID所使用的传输介质可以是任何气态，液态或 固态介质。唯独不包括真空环境。

本发明的有益效果：

1)本发明所述的声波识别(SWID)技术的无调制方案，充分发挥 了声波传输载体的技术优势。与同功能的RFID相比，省去了射 频，省去了调制解调等单元，会有效地降低电子标签和读写器的 成本。

2)本发明所述的声波识别(SWID)技术的有调制方案，由于使用 声波作为传输载体，与同功能的RFID相比，为获得相当的传输 效果，可以大大降低载波频率，也将会有效地降低电子标签和读 写器的成本。

3)本发明所述的声波识别(SWID)技术由于使用声波作为传输载 体，扩大了自动识别技术的应用领域。RFID的射频信号难于在水(包括 海水)下，地下传播。本发明所述的声波识别(SWID)技术不但能 适合于RFID应用的空气环境，而且可应用于RFID不能应用的 水(包括海水)下和地下环境，，包括任何气态，液态或固态介质环 境。

4)本发明所述的声波识别(SWID)技术完全不用担心RFID应用 中遇到的金属件和金属箱体对标签辐射产生镜像效应，给RFID 使用带来的麻烦。声波识别(SWID)技术可以在金属件和金属 箱体表面使用，而且有良好的应用效果。见图4。

5)本发明所述的声波识别(SWID)技术完全不用担心RFID应用 中遇到的金属箱体对安装于箱体内壁的RFID电子标签辐射产生 屏蔽效应，为使用带来的麻烦。声波识别(SWID)技术可以在 金金属箱体内表面使用，而且有良好的应用效果。

本发明的典型应用

1.本发明所述的声波识别(SWID)技术的典型应用之一是声波 识别(SWID)电子标签装于非金属件，金属件或金属箱体表面。此时，SWID 电子标签将基带信号或由基带对载波进行过调制的信号以声波 (包括次声波，可听声波，超声波频段中的一个或若干子频带) 为载体通过空间介质与SWID读写器构成SWID系统空间接口。

2.本发明所述的声波识别(SWID)技术的典型应用之二是声波识 别(SWID)电子标签装于非金属体内部。此时，SWID电子标签将基带 信号或由基带对载波进行过调制的信号以声波(包括次声波，可听 声波，超声波频段中的一个或若干子频带)为载体，以此非金属体 为空间介质与SWID读写器构成SWID系统空间接口。见图6。

3.本发明所述的声波识别(SWID)技术的典型应用之三是声波识 别(SWID)电子标签安装于金属箱体的内侧面，SWID电子标签内仅存储 常规的制造，运输过程中写入的物件对象标志信息，不带有敏感元件，无自动 检测功能。为区别后面将要谈到的带有敏感元件，有自动检测功能SWID智 能电子标签，称以上所述的SWID电子标签为非智能电子标签。由 标签激励单元和标签换能器组成的SWID电子标签将基带信号或由 基带对载波进行过调制的已调信号以声波(包括次声波，可听声波， 和超声波频段中的一个或若干子频带)为载体，以箱体为空间介质 与SWID读写器构成SWID系统空间接口见图5。

4.本发明所述的声波识别(SWID)技术的典型之四是SWID电子标 签安装于金属箱体的内侧面，SWID电子标签内不仅存储常规的制造，运输 过程中写入的对象标志信息，而且SWID电子标签还按用户需要与若干敏感元 件相联接，获得并存入箱体内即时的现场探测信息，供读写器读取，称这类带 有敏感元件，有自动检测功能的SWID电子标签为SWID智能电子标签。 由标签激励单元和标签换能器组成的SWID智能电子标签将基带信 号或由基带对载波进行过调制的信号以声波(包括次声波，可听声波， 超声波频段中的一个或若干子频带)为载体，以箱体为空间介质与 SWID读写器构成SWID系统空间接口。SWID智能电子标签如图3。

5.本发明所述的声波识别(SWID)技术中所用的SWID非智能电子标 签和SWID智能电子标签的读写方法有接触式，近距离和远距离三种 方式。

6.本发明所述的可安装于金属箱体壁内侧的SWID电子标签及其 系统技术中所用的非SWID智能电子标签和SWID智能电子标签可采 用自备电源或由接收信号提取电源的设计。