DE60132881T2

DE60132881T2 - Vorrichtung zur identifikation eines behälters

Info

Publication number: DE60132881T2
Application number: DE60132881T
Authority: DE
Inventors: Ian James Chelmsford FORSTER; Peter Robert George Chelmsford HORRELL
Original assignee: Mineral Lassen LLC
Current assignee: Mineral Lassen LLC
Priority date: 2000-03-25
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2021-03-24
Also published as: US20030058180A1; JP2003529255A; EP1269395A2; WO2001073675A3; US6642897B2; US20060250314A1; DE60132881D1; AU2001242571A1; US20020177408A1; USRE40972E1; US7528785B2; EP1269395B1; US7432869B2; ATE386992T1; US20070075906A1; US6628237B1; JP4388725B2; WO2001073675A2; US6985119B2

Description

Es ist oft notwendig, die Position und Bewegung von Materialien innerhalb eines Vertriebszentrums oder einer Produktionsanlage zu überwachen. Ein Verfahren zur Verfolgung der Materialien besteht darin, eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, wie z. B. eine Hochfrequenzidentifikationsvorrichtung (RFID)-Transponder oder eine andere Identifikationsvorrichtung, an Behältern zu befestigen, die die Materialien aufnehmen. Als Beispiel kann ein Flüssigkeitsbehälter, wie z. B. ein Fass oder ein Fässchen, eine auf die im Inneren enthaltene Flüssigkeit hinweisende Identifikationsvorrichtung umfassen. Eine Abfragelesevorrichtung oder eine Reihe von Empfängern mit einer Antennenvorrichtung und geeignet, um Informationen durch elektronische Signale über eine Entfernung zu senden, wird überall in der Vertriebs- oder Produktionsanlage angebracht, um von den Identifikationsvorrichtungen gesendete Signale zu empfangen. Die Signale werden dann an ein zentrales Steuersystem weitergeleitet, das die jeweiligen Informationen überwacht und aufzeichnet. Das zentrale Steuersystem kann auch Informationen an seine Abfragelesevorrichtung senden, die den Transpondern als Antwort gesendet und/oder im Speicher der Transponder gespeichert werden.
Die durch die Behälter im System an die Abfragelesevorrichtungen kommunizierten Informationen können für eine Reihe von Zwecken verwendet werden. Beispielsweise kann eine statistische Analyse der Materialien erstellt werden, um einen genauen Lagerbestand, Produktionsdurchflussmengen und andere Produktionsstandards zu erhalten. Zusätzlich können die Identifikationsvorrichtungen spezielle Informationen über die in den Behältern aufgenommenen Materialien umfassen, unter anderem Herstellungsdatum, Herstellungsort, Art des Produkts im Behälter, Temperatur des Behälters und der Umgebungsluft, Temperatur des Inhalts des Behälters und Druck des Behälters usw.
Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung muss eine Art von Antennenanordnung aufweisen, um Informationen über die Behälter an die Abfragelesevorrichtungen zu kommunizieren. Es ist allgemein bekannt, dass drahtlose Kommunikationsvorrichtungen eine Antenne umfassen.
Beispielsweise offenbart die US 6,018,299 eine gattungsgemäße Hochfrequenzidentifikationsvorrichtung (RFID)-Kennzeichnung mit einer gedruckten Antenne. Diese Kennzeichnung umfasst einen Schaltkreischip, der mit einer Antenne gekoppelt ist, die ein auf ein nicht leitendes Substrat gedrucktes leitendes Muster umfasst. Das leitende Muster umfasst zwei Antennenelemente mit jeweiligen Kopplungsbereichen zum Koppeln an den Schaltkreischip, wobei die Kopplungsbereiche voneinander durch eine im Substrat gebildete Öffnung isoliert sind. Ein Nachteil dieser Identifikationskennzeichnung besteht darin, dass ein gesondertes Element in Form des Substrats und des leitenden Musters darauf einem Gegenstand hinzugefügt werden muss, an dem die Identifikationskennzeichnung angeordnet werden soll.
Das Dokument DE 44 46 203 offenbart ein System, das einen Behälter (10) und eine Vorrichtung (14) zur Identifikation des Behälters umfasst. Die Vorrichtung (14) umfasst eine Spulenantenne (116) und ist an einer Außenwand des Behälters angebracht, um zu dem Behälter gehörende Informationen über eine Entfernung zu kommunizieren. Die Ansprüche sind gegenüber diesem Dokument abgegrenzt.
Die US 6,028,564 (siehe Spalte 9, Zeile 2) offenbart eine RFID-Kennzeichnung mit einer Schlitzantenne.
Außerdem ist es für viele drahtlose Kommunikationsvorrichtungen oft ein Problem, eine Antenne bereitzustellen, insbesondere, wenn die drahtlose Kommunikationsvorrichtung klein ist oder in einem abgeschlossenen Bereich untergebracht werden muss. Die Länge der Antenne muss auf die bestimmte Frequenz zugeschnitten sein, bei der die drahtlose Kommunikationsvorrichtung konstruktionsgemäß arbeitet. Für niedrige Frequenzen im Megahertzbereich oder niedriger muss eine Antenne mehrere Zoll bis mehrere Fuß lang sein. Auch für höhere Frequenzen muss die Antenne möglicherweise mehrere Zoll lang sein, um erfolgreiche Kommunikation bei der gewünschten Betriebsfrequenz zu ermöglichen.
Außerdem muss die Antenne entweder im Inneren der drahtlosen Kommunikationsverpackung verpackt oder außerhalb der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung angebracht werden. Das Anbringen der Antenne außerhalb der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung stellt mehrere andere Herausforderungen bereit, wenn die drahtlose Kommunikationsvorrichtung in abgeschlossenen Bereichen, wie z. B. einem Behälter, untergebracht wird. Die Antenne kann zusätzliche Probleme beim wirksamen Ausstrahlen von Energie haben, wenn die Antenne im Inneren einer Vorrichtung, wie z. B. einem Behälter, untergebracht ist.
Ein Beispiel für einen Behälter, an dem man möglicherweise eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung anbringen möchte, ist ein Bierfässchen. Ein Bierfässchen hat eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einer glatten, einheitlichen Außenwand. Es gibt keine Ausläufer oder Bereiche, um die drahtlose Kommunikationsvorrichtung wirksam zu befestigen. Selbst wenn die drahtlose Kommunikationsvorrichtung an dem Fässchen befestigt werden kann, gibt es beim Einfügen einer Antenne für die drahtlose Kommunikationsvorrichtung, wie oben beschrieben, Probleme mit dem Verpacken und der unveränderten Kommunikation.
Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung das Bereitstellen eines Antennenelements, das sehr wirksam und preiswerter ist. Diese Aufgabe wird durch das Bereitstellen eines Systems nach Anspruch 1 gelöst.
Manche Behälter weisen als Merkmal ihrer Herstellung einen Schlitz auf. Beispielsweise wird ein Bierfässchen aus einem Metallmaterial gefertigt, das eine Außenwand mit einem zur Bildung eines Rands umgebogenen Ende aufweist. Der Fässchenrand wird zur Handhabung und Bewegung des Fässchens verwendet. Der umgebogene Abschnitt des Rands krümmt sich nach innen zur Außenwand hin und lässt eine schmale Lücke zwischen der Kante des Rands und der Außenwand. Diese schmale Lücke bildet einen Schlitz, der sich kreisförmig um das Fässchen erstreckt und verwendet werden kann, um eine Schlitzantenne für die drahtlose Kommunikationsvorrichtung bereitzustellen. Die drahtlose Kommunikationsvor richtung kann konstruiert sein, um im montierten Zustand elektronische Verbindungsfähigkeit mit dem Schlitz bereitzustellen, so dass der Schlitz verwendet werden kann, um die Wirkung einer Antenne bereitzustellen. Da der Schlitz des Behälters mehrere Fuß lang sein kann, kann die Verwendung des Schlitzes als Antenne vorteilhaft für die Kommunikation bei niedrigeren Frequenzen sein, wenn das Bereitstellen einer Antenne von ausreichender Länge für die Kommunikation bei der gewünschten Frequenz problematisch ist. Daher ist es vorteilhaft, den Schlitz eines Behälters zu verwenden, um eine wirksame Antenne für eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, die eine durch den Schlitz eines Behälters gebildete Schlitzantennenanordnung verwendet. Eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung wird mit dem Behälter bereitgestellt, um Informationen über die Identifikation oder einen anderen Aspekt des Behälters bereitzustellen, wenn dieser sich durch Produktions-, Verfolgungs- oder Versandanlagen bewegt.
Eine Antenne wird für die drahtlose Kommunikationsvorrichtung bereitgestellt, so dass sie über eine Entfernung mit einem mitunter Abfragelesevorrichtung genannten Sender/Empfänger kommunizieren kann. Die vorliegende Erfindung nutzt das bestehende Phänomen, bei dem ein aus einem leitendem Material, wie z. B. Metall, ausgeschnittener Schlitz an die Kommunikationselektronik einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gekoppelt werden kann, um die Wirkung einer Stabantenne bereitzustellen.
Manche Behälter weisen durch die Art ihrer Konstruktion einen Schlitz auf, der verwendet werden kann, um eine Schlitzantenne bereitzustellen. Alternativ kann ein Schlitz auch aus dem Behälter ausgeschnitten werden. Die Verwendung einer Schlitzantenne anstelle einer Stabantenne stellt mehrere Vorteile bereit. Die Länge des Schlitzes für den Betrieb der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung bei der gewünschten Frequenz kann geeigneter sein als die, die durch Verwendung einer Stabantenne bereitgestellt werden könnte. Außerdem ist es bei dem Schlitz nicht notwendig, dass eine Stabvorrichtung in dem Behälter oder in der Nähe desselben untergebracht werden muss. Dies gilt insbesondere für die Kommunikation bei niedrigeren Frequenzen, die Antennen von größerer Länge erfordert. Die Verwendung des Schlitzes kann auch preiswerter sein als die Verwendung einer Stabantenne. Außerdem kann eine Stabantenne über den Behälter hinausragen, wodurch sie Beschädigung ausgesetzt ist.
Die Ansprüche 2 bis 19 beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Insbesondere in einer Ausführungsform verwendet die drahtlose Kommunikationsvorrichtung direkt mit jeder Kante des Schlitzes verbundene Zuleitungen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die drahtlose Kommunikationsvorrichtung Zuleitungen, die reaktiv an jede Kante des Schlitzes gekoppelt sind.
In einer anderen Ausführungsform ist eine leitende Vorrichtung im Schlitz angebracht, um die drahtlose Kommunikationsvorrichtung an den Schlitz zu koppeln und die Schlitzantenne bereitzustellen.
In noch einer anderen Ausführungsform ist die drahtlose Kommunikationsvorrichtung an einem nicht leitenden Substrat im Schlitz befestigt. Eine Zuleitung von der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung liegt so auf dem Substrat auf, dass sie reaktiv an den Schlitz koppelt, um die Schlitzantenne bereitzustellen.
Es wird ein Verfahren bereitgestellt, um zu gewährleisten, dass die Betriebfrequenz des Schlitzes zur Betriebsfrequenz der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung passt, um die Strahlungswirksamkeit der Schlitzantenne zu maximieren. Zwischen dem Schlitz und der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung wird ein Schaltkreis bereitgestellt, um die Impedanz des Schlitzes an die Impedanz der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung anzupassen.
In einer alternativen Ausführungsform werden an den Enden des Schlitzes Kurzschlussstäbe bereitgestellt, um einen Schlitz mit einer gewünschten Länge bereitzustellen. Die Kurzschlussstäbe sind aus einem leitenden Material konstruiert und zwischen den Kanten des Schlitzes angebracht, um beide Seiten des Schlitzes miteinander kurzzuschließen.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Überwachung des Behälters. Während sich der Behälter in einer Anlage befindet, wie z. B. während der Herstellung, des Befüllens oder der Lagerung, wird der Behälter durch zumindest einen eine Abfragelesevorrichtung enthaltenden Abfragepunkt bewegt. Zur Überwachung der Position des Behälters und/oder der Inhaltsinformation über denselben erfolgt Kommunikation zwischen der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung und der Abfragelesevorrichtung. Ein zentrales Steuersystem kann zur Überwachung der Bewegung des Behälters mit dem Abfragepunkt kommunizieren. Das zentrale Steuersystem kann die Position des Behälters überwachen oder es kann auch bestimmte Informationen überwachen, die im Speicher der Vorrichtung gespeichert sind.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist:
1 eine perspektivische Ansicht eines Behälters, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann,
2 eine seitliche Schnittzeichnung eines Schlitzes in dem Behälter,
3 eine schematische Darstellung, welche die Kommunikation zwischen einem Transponder und einer Abfragelesevorrichtung darstellt,
4A eine schematische Ansicht einer Schlitzantenne, die direkte Zuleitungen verwendet,
4B eine schematische Ansicht einer Schlitzantenne, die reaktive Zuleitungen verwendet,
4C eine schematische Ansicht einer Schlitzantenne, die eine Transponderanbringungsvorrichtung als Zuleitungen verwendet,
4D eine schematische Ansicht einer Schlitzantenne, die Zuleitungen auf einem nicht leitenden Substrat verwendet, um an den Schlitz zu koppeln,
5 eine schematische Darstellung, die das Strahlungsmuster der Schlitzantennenanordnung darstellt,
6 eine schematische Darstellung einer Impedanzanpassungsschaltung zwischen der Schlitzantenne und dem Transponder,
7A eine schematische Darstellung der Schlitzantenne, die Kurzschlussstäbe verwendet mit einem Kurzschlussstab in der Nähe des Transponders, um die Entsprechung einer Monopolantenne zu erzeugen,
7B eine schematische Darstellung des Strahlungsmusters einer typischen Monopolantenne,
8A eine schematische Darstellung der Schlitzantenne, die Kurzschlussstäbe verwendet, mit dem Transponder ungefähr in der Mitte zwischen den Kurzschlussstäben, um die Entsprechung einer Dipolantenne zu erzeugen,
8B eine schematische Darstellung des Strahlungsmusters einer typischen Dipolantenne und
9 eine schematische Darstellung, die das Verfolgen und das Informationssystem zum Verfolgen der Behälter mit einem Transponder darstellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung eines Schlitzes in einem Behälter als eine Antenne für eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung. Wie in den 1 und 2 dargestellt, umfasst die Erfindung eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung 30, „Transponder" genannt, die zur Identifikation eines Behälters 10 in dem Behälter 10 angebracht ist. Der Behälter 10 weist Außenwände 12 auf, die eine Bodenwand 18, eine Deckelwand 19 und Außenwände 12 umfassen, die miteinander versiegelt sind und eine geschlossene Kammer für die Aufnahme eines Materials 16 bilden. Durch die Außenwand 12 wird ein Rand 14 gebildet, und dieser kann sich zur Handhabung des Behälters 10 über die Deckelwand 19 und die Bodenwand 18 erstrecken. Die Außenwand 12 erstreckt sich nach oben und biegt sich nach innen, um den Rand 14 zu bilden. Die Lücke zwischen dem Ende der umgebogenen Außenwand und der Außenwand 12 wird der Schlitz 20 genannt, der sich um den Umfang des Behälters 10 erstreckt. Im Rand 14 ist ein Transponder 30 bereitgestellt und enthält vorzugsweise Informationen über den Behälter 10, die zumindest an ein Abfragelesegerät kommuniziert werden.
3 stellt eine besondere Art von drahtloser Kommunikationsvorrichtung 30 dar, Hochfrequenz- bzw. Radiofrequenztransponder 30 genannt. Die vorliegende Erfindung wird so beschrieben, als ob sie einen Transponder 30 als drahtlose Kommunikationsvorrichtung verwendet, da diese Begriffe austauschbar sind. Einem Fachmann wird leicht klar, dass es viele andere Arten von drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen gibt, die elektronische Kommunikation ermöglichen, und dass daher die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeine bestimmte Art beschränkt ist.
Der Transponder 30 umfasst ein Steuersystem 34 und drahtlose Kommunikationselektronik 32. Der Transponder 30 kann auch einen lokalen Speicher 36 für die Speicherung von Informationen, die an eine Abfragelesevorrichtung kommuniziert werden, umfassen. Alternativ kann der Transponder 30 Informationen, wie z. B. eine Identifikationsnummer oder Kennziffern, durch Verwendung von Dioden, DIP-Schaltern oder anderen ähnlichen Schaltungen speichern, und ist nicht auf Transponder 30 beschränkt, die einen Speicher 36 enthalten. Eine Antenne 38, die sich entweder außerhalb des Behälters befindet oder im Inneren des Behälters 30 eingebaut ist, ist ebenfalls zur Kommunikation bereitgestellt. Die jeweilige Art und Position der Antenne 38 hängt von der Betriebsfrequenz des Transponders 30 und der jeweils gewünschten Konstruktion ab.
Das Steuersystem 34 ist eine integrierte Schaltung oder eine andere Art von Mikroprozessor- oder Mikrosteuerelektronik, die die wesentlichen Operationen des Transponders 30 steuert. Das Steuersystem 34 ist zum Kommunizieren und Empfangen von Sendungen mit der drahtlosen Kommunikationselektronik 32 verbunden. Das Steuersystem 34 ist auch zum Speichern und Abrufen von Informationen mit dem Speicher 36 verbunden. Das Steuersystem 34 kann ferner einen Taktgeber umfassen.
3 stellt auch dar, wie die Kommunikation mit dem Transponder 30 erfolgt. Eine Abfragelesevorrichtung 40 enthält Abfragekommunikationselektronik 42 und eine Abfrageantenne 44. Die Abfragelesevorrichtung 40 kommuniziert durch Abstrahlen eines in einer Frequenz modulierten elektronischen Signals oder Befehls 46 durch die Abfrageantenne 44 mit dem Transponder 30. Die Abfrageantenne 44 kann jede Art von Antenne sein, die das modulierte Signal 46 durch ein Feld 48 ausstrahlen kann, so dass eine kompatible Vorrichtung, wie z. B. der Transponder 30, dieses Signal 46 mit seiner eigenen Antenne 38 empfangen kann. Das Feld 48 kann jedes aus einer Vielfalt von verschiedenen Arten sein, die für elektronische Kommunikation verwendet werden, unter anderem elektromagnetisch, magnetisch oder elektrisch. Das Signal 46 ist eine Nachricht, die Informationen und/oder spezielle Befehle für den Transponder 30 enthält.
Wenn sich die Transponderantenne 38 in der Gegenwart des durch die Abfragelesevorrichtungsantenne 44 abgestrahlten Felds 48 befindet, wird die drahtlose Kommunikationselektronik 32 mit Energie versorgt und versorgt dadurch den Transponder 30 mit Energie. Der Transponder 30 bleibt so lange mit Energie versorgt, wie seine Antenne 38 sich im Feld 48 der Abfragelesevorrichtung 40 befindet. Die drahtlose Kommunikationselektronik 32 demoduliert das Signal 46 und sendet die die Informationen und/oder speziellen Befehle enthaltende Nachricht für geeignete Maßnahmen an das Steuersystem 34. Beispielsweise kann die Anforderung in der Nachricht darin bestehen, dass der Transponder 30 seine Identifikationsinformationen über den Behälter 10 oder die im Behälter aufgenommenen Materialien 16 zu rücksendet, unter anderem Herstellungsdatum, Herstellungsort und Art des Produkts im Behälter. Die Nachricht kann auch in Befehlen bestehen, Informationen betreffend die Temperatur des Behälters, Druckpegel usw. zurückzusenden. Für jede angeforderte Art von Informationen kommuniziert der Transponder 30 durch Ändern des Inhalts des Signals 46 die angeforderten Informationen an die Abfragelesevorrichtung 40 zurück.
Für das Kommunizieren mit einem Transponder 30 oder einer anderen drahtlosen elektronischen Vorrichtung gibt es alternative Formen. Beispielsweise kann der Transponder 30 einen Sender aufweisen, der Informationen an die Abfragelesevorrichtung 40 senden kann, ohne das Signal 46 als Kommunikationsmittel verwenden zu müssen. Der Transponder 30 kann eine Batterie enthalten, um den Sender zu speisen, oder eine Energiespeichereinheit, die durch die Energie aufgeladen wird, wenn die Vorrichtung sich im Feld 48 des Signals 46 befindet. Ein Fachmann weiß, dass es viele andere Arten gibt, mit einer drahtlosen Identifikationsvorrichtung, wie z. B. einem Transponder 30, zu kommunizieren, und dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene bestimmte Art beschränkt ist.
Die 4A–4D zeigen verschiedene Bauformen von Schlitzantennenanordnungen, um unter Verwendung des bereits beschriebenen Schlitzes 20 im Behälter 10 eine Antenne 38 bereitzustellen. Spannungssignale werden durch den Transponder 30 an gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes 20 bereitgestellt. In der bevorzugten Ausführungsform für einen Bierfässchenbehälter 10 wird eine Seite des Schlitzes 20 durch die Außenwand 12 gebildet, und die andere Seite des Schlitzes 20 wird durch die Randkante 52 gebildet. Wenn die Spannungssignale quer über den Schlitz 20 angelegt werden, strahlt der Schlitz 20 in einer ähnlichen Weise, in der eine Stabantennenanordnung ausstrahlen würde, elektromagnetische Wellen aus, um Kommunikation zu bewirken.
4a zeigt eine Großaufnahme der Außenwand 12 und des Rands 14, darstellend, wie der Transponder 30 den Schlitz 20 unter Verwendung von Zuleitungen 54 als eine Antenne 38 verwendet. Der Transponder 30 befindet sich im inneren Abschnitt des Rands 14. Der Schlitz 20 wird durch die Lücke zwischen der Außenwandkante 50 und der Randkante 52 gebildet, die sich um den gesamten Umfang des Behälters 10 erstreckt. Zuleitungen 54 sind mit der Außenwandkante 50 und der Randkante 52 verbunden, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Transponder 30, und insbesondere mit der drahtlosen Kommunikationselektronik 32, und dem Schlitz 20 bereitzustellen.
4B enthält eine Ausführungsform, bei der die Zuleitung 54 vom Transponder 30 nicht direkt mit der Außenwandkante 50 oder der Randkante 52 in Verbindung steht. Stattdessen ist die Zuleitung 54 in großer Nähe zur Außenwandkante 50 oder Randkante 52 angebracht, um reaktiv an den Schlitz 20 zu koppeln. Die Zuleitung 54 wird wegen ihrer großen Nähe zum Schlitz 20 auch ohne direkten Kontakt zwischen der Zuleitung 54 und dem Schlitz 20 erregt.
In 4C ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der eine Anbringungsvorrichtung 60, in der bevorzugten Ausführungsform eine leitende Klemme 60 genannt, ein Anbringungsverfahren für den Transponder 30 bereitstellt und auch eine Verbindung zwischen der drahtlosen Kommunikationselektronik 32 des Transponders 30 und dem Schlitz 20 bereitstellt, um die Wirkungsweise einer Antenne 38 bereitzustellen. Die leitende Klemme 60 weist in der bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen die Form eines „R" auf, jedoch können auch andere Arten von Klemmen mit denselben hier beschriebenen Eigenschaften verwendet werden. Auf der leitenden Klemme 60 ist auf der Oberseite der leitenden Klemme 60 der Transponder 30 angebracht. Die leitende Klemme 60 ist mit dem runden Abschnitt im Inneren des Schlitzes 20 eingeführt, um einen sicheren Halt zwischen der Außenwand 12 und der Randkante 52 bereitzustellen. Der Abschnitt der leitenden Klemme 60, der die Außenwand 12 berührt, stellt eine Massenebene 62 für die Schlitzantenne 38 bereit. Der Abschnitt der leitenden Klemme 60, der die Randkante 52 berührt, stellt eine Verbindung oder Zuleitung 54 an den Schlitz 20 bereit, um die Wirkungsweise von Antenne 38 für den Transponder 30 bereitzustellen.
4D zeigt eine andere alternative Anordnung, bei der der Transponder 30 an einem Substratmaterial 70 angebracht ist. Das Substratmaterial 70 ist umgebogen und im Inneren des Rands 14 untergebracht, wobei eine Seite des Substratmaterials 70 die Außenwand 12 berührt und die andere Seite des Substratmaterials 70 die Randkante 52 berührt. Der Transponder 30 weist eine Zuleitung 54 auf, die sich von der drahtlosen Kommunikationselektronik 32 erstreckt und auf dem Substratmaterial 70 aufliegt und sich nach unten in die unmittelbare Nähe der Randkante 52 erstreckt. Der in der Nähe der Außenwand 12 angebrachte Transponder 30 stellt eine Kopplung an die Außenwand bereit und erzeugt eine Massenebene 62 mit Masse. Die Zuleitung 54 erstreckt sich zur Randkante 52 und ist entweder als ein offener Stromkreis oder ein Kurzschluss an die Randkante 52 gekoppelt, um die optimale Kopplung der drahtlosen Kommunikationselektronik 32 des Transponders an den Schlitz 20 bereitzustellen, um abhängig von der Länge der Zuleitung 54 die Schlitzantenne 38 zu erzeugen.
5 stellt das Strahlungsmuster einer Schlitzantenne 38 dar, die dasselbe grundlegende Strahlungsmuster aufweist, wie eine Stabantennenanordnung, wie z. B. eine Dipolantenne, wobei die Felder E und H jedoch vertauscht sind. Das Strahlungsmuster der Schlitzantenne 38 ist jedoch sowohl wegen der gebogenen Eigenschaft des Schlitzes 20 als auch wegen der Rückstrahlung von der Oberfläche des Behälters 10 eine modifizierte Version dieses Strahlungsmusters. Obwohl erwähnt wird, dass die Strahlung der Schlitzantenne 39 die Eigenschaften der in 5 dargestellten aufweisen kann, wird dies daher nur als Hintergrund bereitgestellt und die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Schlitzantenne 38 mit einem solchen Strahlungsmuster beschränkt.
Bei der Verwendung einer Schlitzantenne 38 wird gewünscht, dass die Impedanz des Schlitzes 20 bei der gewünschten Frequenz an die Impedanz des Transponders 30 angepasst ist, um die Energieübertragung vom Transponder 30 auf die Schlitzantenne 38 für ein maximal ausgestrahltes Strahlungsmuster zu maximieren. Wenn der Transponder 30 eine charakteristische Impedanz aufweist, die nicht die konjugierte Impedanz des Schlitzes 20 ist, um die Energieübertragung zu maximieren, kann ein Anpassungsnetzwerk bereitgestellt werden, um dies zu erreichen. Eine Antenne selbst kann als eine Art Anpassungsnetzwerk betrachtet werden, die ihre Lastimpedanz zu 377 Ohm, der Impedanz von leerem Raum, umwandelt. Die Impedanz des Transponders 30 kann jedoch vom Schlitz 20 verschieden sein. In diesem Fall arbeitet die Schlitzantenne 38 möglicherweise nicht optimal, da die maximale Energieübertragung nicht zwischen dem Transponder 30 und der Schlitzantenne 38 auftritt.
In der bevorzugten Ausführungsform weist die Schlitzantenne 38 eine ziemlich niedrige Impedanz auf. Daher ist es notwendig, diese Impedanz in die Impedanz des Transponders 30 umzuwandeln, um die Energieübertragung zu maximieren und daher die Stärke des durch die Schlitzantenne 38 ausgestrahlten Strahlungsmusters zu maximieren. Ein in 6 dargestelltes Impedanzanpassungsnetzwerk wird bereitgestellt, um die Impedanz des Schlitzes 20 an die Impedanz des Transponders 30 anzupassen, um zu gewährleisten, dass die Schlitzantenne 38 ein wirksames Strahlungsmuster für die Betriebsfrequenz des Transponders 30 mit minimaler oder keiner Rückstrahlung ausstrahlt. Die Anpassungsnetzwerksschaltung wandelt die Impedanz des Schlitzes 20 für eine Betriebsfrequenz von 868 MHz in die Impedanz des Transponders 30 um. Der Transponder weist eine Impedanz von 50 Ohm auf. Die Anpassungsnetzwerksschaltung ist über den Schlitz 20 hinweg parallel zu einem Kondensator 120 von etwa 3 Pikofarad mit dem Rand 14 und der Außenwand 12 verbunden. Dann ist eine Drossel 122 von etwa 5 Nanohenry in Reihe mit dem Knoten verbunden, die die Schaltung mit dem Rand 14 und dem Kondensator 120 verbindet. Ein weiterer Kondensator 124 von etwa 9 Pikofarad ist in Reihe mit der Drossel 122 verbunden und verbindet parallel zu dem Knoten die Schaltung mit der Außenwand 12 und dem Kondensator 120. Es ist zu beachten, dass die Eigenschaften des Behälters 10 und die Impedanzen von dem Schlitz 20 für gewünschte Frequenzen unterschiedliche Anpassungsnetzwerke erfordern können, als das für die bevorzugte Ausführungsform beschriebene, und dass die vorliegende Erfindung nicht auf dieses beschränkt ist.
In der bevorzugten Ausführungsform weist der Behälter 10 einen durchgehenden Schlitz 20 auf, der sich in einer kreisförmigen Bahn erstreckt. Es kann gewünscht werden, ein Verfahren oder eine Art bereitzustellen, die Länge des Schlitzes 20 genau festzulegen, so dass die Schlitzantenne 38 bei der Betriebsfrequenz des Transponders 30 auf eine verbessere Weise ausstrahlt. Ein Verfahren zur Festlegung der Länge des Schlitzes 20 besteht darin, wie in 7A und 8A dargestellt, Kurzschlussstäbe 82 bereitzustellen, um die Leistung der Schlitzantenne 38 abhängig von der Frequenz weiter zu verbessern. Die Länge der Antenne oder des Schlitzes 20 für eine Schlitzantenne 38 steht in Beziehung mit dem Strahlungsmuster von bei der gewünschten Frequenz ausgestrahlten elektronischen Signalen. Beispielsweise beträgt die Länge einer Dipolantenne λ geteilt durch 2, wobei λ der Lichtgeschwindigkeit geteilt durch die gewünschte Betriebsfrequenz entspricht. Die Länge des Schlitzes 20 ist durch die Begrenzungen festgelegt, bei denen es keine Lücke aus Raum mehr gibt oder durch das Anbringen von leitendem Material. Manche Schlitzantennen 38 sind in Behältern 10 oder anderen Materialien konstruiert, in denen der Schlitz 20 in einer vorab festgelegten und gewünschten Länge angebracht ist. Die Länge von dem Schlitz 20 wird durch Bereitstellen eines leitenden Materials in dem Schlitz 20 festgelegt, das eine Seite des Schlitzes 20 mit der anderen Seite kurzschließt. In der bevorzugten Ausführungsform sind dies die Außenwand 12 und die Randkante 52. Das Kurzschließen des Schlitzes 20 gibt der Schlitzantenne 38 eine begrenzte Länge. Kurzschlussstäbe 82 werden in dem Schlitz 20 an gewünschten Positionen auf jeder Seite der Position des an den Schlitz 20 gekoppelten Transponders angebracht, um die Länge des Schlitzes 20 festzulegen. Ein Impedanzanpassungsnetzwerk kann mit Kurzschlussstäben 82 erforderlich sein oder nicht, abhängig davon, ob die Impedanz des Schlitzes 20 und die Impedanz des Transponders 30 ausreichend angepasst sind, damit die Schlitzantenne 38 ein gewünschtes Strahlungsmuster abstrahlt.
7 stellt eine Anordnung dar, bei der ein Kurzschlussstab 82 in der Nähe von oder unmittelbar neben dem Transponder 30 angebracht ist und der andere Kurzschlussstab 82 entfernt von dem Transponder 30 angebracht ist. Der Transponder 30 ist auf einem Trägermaterial 80 befestigt, das zum Befestigen des Transponders 30 und der Kurzschlussstäbe 82 im Inneren des Rands 14 angebracht ist. Das Trägermaterial 80 wird als einfache Weise verwendet, den Transponder 30 und die Kurzschlussstäbe 82 im Rand 14 des Behälters 10 zu befestigen. Das Trägermaterial 80 ist aus einem nicht leitenden Material hergestellt, so dass es nicht mit dem Schlitz 20, d. h. der Außenwand 12 oder der Randkante 52 als Leiter wirkt. Der Transponder 30 ist an den Schlitz 20 gekoppelt, um durch Verfahren zur Kopplung der drahtlosen Kommunikationselektronik 32 des Transponders 30, wie bereits oben beschrieben, die Schlitzantenne 38 bereitzustellen. Das Koppeln des Transponders 30 an den Schlitz 20 bei oder unmittelbar neben einem der Kurzschlussstäbe 82 erzeugt eine Schlitzantenne 38 ähnlich dem Strahlungsmuster einer Monopolantenne, wie der in 7B dargestellten, aber es muss beachtet werden, dass das genaue Strahlungsmuster der Schlitzantenne 38 anders sein kann, abhängig von der Frequenz des Transponders 30 und der Form und anderen Eigenschaften des Behälters 10.
Alternativ sind, wie in 8A dargestellt, der Transponder 30 und die Kurzschlussstäbe 82 auf dem Trägermaterial 80 befestigt, das im Inneren des Rands 14 des Behälters 10 ähnlich wie in 7A befestigt wird. Der Transponder 30 ist jedoch zwischen den zwei Kurzschlussstäben 82 an den Schlitz 20 gekoppelt. Das Koppeln des Transponders 30 in der Mitte oder dem Zentrum der Kurzschlussstäbe 82 an den Schlitz 20 erzeugt eine Schlitzantenne 38 ähnlich einer Dipolantenne, wie der in 8B dargestellten, aber es muss beachtet werden, dass das genaue Strahlungsmuster der Schlitzantenne 38 anders sein kann, abhängig von der Frequenz des Transponders 30 und der Form und anderen Eigenschaften des Behälters 10.
9 stellt ein Verfolgungssystem dar, in dem Behälter 10, die Transponder 30 enthalten, durch eine Umgebung, wie z. B. eine Fabrik- oder Vertriebsanlage, verfolgbar sind. Beispielsweise könnte der mit dem Behälter 10 verbundene Transponder 30 einen ersten Abfragepunkt 90 passieren, der eine Abfragelesevorrichtung 40 umfasst. Wenn der Behälter und sein Transponder 30 sich, wie bereits beschrieben, in der Gegenwart der Abfragelesevorrichtung 40 befinden, kann eine Informationen und/oder spezielle Informationsanforderungen enthaltende Nachricht durch die Abfragelesevorrichtung 40 gesendet und durch den Transponder 30 empfangen werden. Dieser Prozess setzt sich fort, wenn der Behälter 10 sich zu einem zweiten Abfragepunkt 92, einem dritten Abfragepunkt 94, einem vierten Abfragepunkt 96 und weiter zu einem letzten Abfragepunkt 98 bewegt.
Ein zentrales Steuersystem 100 erhält die Informationen von den Abfragelesevorrichtung 40 und überwacht die Bewegung der Behälter 10 durch die Anlage. Die von jeder der Abfragelesevorrichtung 40 empfangenen Informationen können entweder durch eine Direktleitung oder eine LAN-Verbindung an das zentrale Steuersystem 100 weitergeleitet werden. Das zentrale Steuersystem 100 könnte auch Informationen an die Abfragelesevorrichtung 40 senden, die zum Zweck der Identifikation an den Transponder 30 weitergeleitet werden. Das zentrale Steuersystem 100 verfolgt die erwartete Position der Behälter 10 und kann in Alarmbereitschaft versetzt werden, wenn sie erwartet, Information über einen bestimmten Behälter zu empfangen und dies nicht erfolgt.
Während der Abgabe jedes Behälters 10 kann es notwendig sein, den den Transponder 30 enthaltenden Behälter 10 in Reichweite einer Abfragelesevorrichtung 40 zu stellen, um vorher gespeicherte Informationen im Speicher 36 zu löschen oder bestimmte Daten oder Konfigurationsinformationen über den Behälter 10 für spätere Verwendung in Speicher 36 zu speichern.
In der voranstehenden Beschreibung bezeichnen überall in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile. Auch wird vorausgesetzt, dass Begriffe wie „nach vorne", „rechts" und „nach oben" und Ähnliches der Einfachheit halber verwendete Wörter sind, die nicht als einschränkende Begriffe interpretiert werden dürfen. Bestimmte Abwandlungen und Verbesserungen werden Fachleuten beim Lesen der voranstehenden Beschreibung einfallen. Es wird vorausgesetzt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Art von Behälter oder Schlitzanordnung beschränkt ist. Ein Fachmann wird erkennen, dass es verschiedene Arten gibt, in denen Behälter mit Schlitzen verwendet werden können, um eine Antennenfunktion für eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.

Claims

System, umfassend einen ein Material aufnehmenden Behälter (10), wobei das System ferner eine Vorrichtung (30) zur Identifikation des Behälters (10) umfasst und die Vorrichtung (30) an dem Behälter angebrachte drahtlose Kommunikationselektronik (32) umfasst, um über eine Entfernung zum Behälter (10) gehörende Informationen zu kommunizieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (10) ferner einen Schlitz (20) umfasst und durch elektronisches Zuordnen der drahtlosen Kommunikationselektronik (32) mit dem Schlitz (20) eine Schlitzantenne (38) gebildet wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (20) zwischen einer Außenwand (12) des Behälters (10) und einem durch eine Umbiegung an einem Ende der Außenwand (12) gebildeten Rand (14) gebildet wird.
System nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch ein Impedanzanpassungsnetzwerk (120, 122, 124), das der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (30) zugeordnet ist und mit dem Schlitz (20) verbunden ist, um die Impedanz der Schlitzantenne (38) an die Impedanz der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (30) anzupassen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzantenne (38) durch Verbinden einer Zuleitung (54) von der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (30) mit einer ersten Kante (50, 52) des Schlitzes (20) gebildet wird.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (54) direkt mit der ersten Kante (50, 52) des Schlitzes (20) verbunden ist.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (54) reaktiv an die erste Kante (50, 52) des Schlitzes (20) gekoppelt ist.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schlitzkante (50) einer Außenwand (12) des Behälters (10) zugeordnet ist.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schlitzkante (52) einem Rand (14) des Behälters (10) zugeordnet ist.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Kommunikationsvorrichtung (30) einer zweiten Kante (50) des Schlitzes (20) zugeordnet ist, um als eine Massenebene (62) für die Schlitzantenne (38) zu fungieren.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Kommunikationsvorrichtung (30) an einer in dem Schlitz (20) angeordneten leitenden Anbringungsvorrichtung (60) angebracht ist, wobei ein erstes Ende der leitenden Anbringungsvorrichtung (60) in Kontakt mit der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (30) und der ersten Kante (52) des Schlitzes (20) steht, um die Zuleitung (54) zu bilden, und ein zweites Ende der leitenden Anbringungsvorrichtung (60) in Kontakt mit der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (30) steht, um die Massenebene (62) zu bilden.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Kommunikationsvorrichtung (30) an einem in dem Schlitz (20) angeordneten und zwischen der ersten Kante (52) und der zweiten Kante (50) des Schlitzes einen Anschluss bildenden Substrat (70) angebracht ist, wobei die Zuleitung (54) mit dem Substrat (70) verbunden ist, um reaktiv mit der ersten Kante (52) des Schlitzes (20) zu koppeln, und die drahtlose Kommunikationsvorrichtung (30) reaktiv an die zweite Kante (50) des Schlitzes (20) gekoppelt ist, um die Massenebene (62) zu bilden.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Kommunikationsvorrichtung (30) eine zweite Zuleitung (54) aufweist, die die drahtlose Kommunikationsvorrichtung (30) mit der zweiten Kante (50) verbindet, um eine Massenebene (62) zu bilden.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kante (52) des Schlitzes (20) einem Rand (14) des Behälters (10) zugeordnet ist und die zweite Kante (50) des Schlitzes (20) einer Außenwand (12) des Behälters (10) zugeordnet ist.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kante (50) des Schlitzes (20) einer Außenwand (12) des Behälters (10) zugeordnet ist und die zweite Kante (52) des Schlitzes (20) einem Rand (14) des Behälters (10) zugeordnet ist.
System nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch in dem Schlitz (20) angeordnete erste und zweite Kurzschlussstäbe (82), wobei der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Kurzschlussstab (82) die Länge der Schlitzantenne (38) bestimmt.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kurzschlussstab (82) auf einer Seite der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (30) angeordnet ist und der zweite Kurzschlussstab (82) auf der anderen Seite der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (30) angeordnet ist.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kurzschlussstab (82) nahe bei der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (30) angeordnet ist und der zweite Kurzschlussstab (82) fern von der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (30) angeordnet ist.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Kommunikationsvorrichtung (30) an einem Trägermaterial (80) angebracht ist, um die drahtlose Kommunikationsvorrichtung (30) in dem Schlitz (20) zu fixieren, wobei der erste und der zweite Kurzschlussstab (82) an jedem Ende des Trägermaterials (80) angeordnet sind.
Verfahren zur Überwachung eines einen Schlitz (20) umfassenden Behälters (10), wobei der Behälter (10) durch zumindest einen, eine Abfragelesevorrichtung (40) enthaltenden Abfragepunkt (90, 92, 94, 96, 98) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die Schritte des Fixierens einer Vorrichtung (30) an dem Behälter (10) umfasst, um ein System nach einem der vorangehenden Ansprüche zu erhalten, und des Verwendens einer durch die elektronische Zuordnung der drahtlosen Kommunikationselektronik (32) mit dem Schlitz (20) gebildeten Schlitzantenne (38), um zum Behälter (10) gehörende Überwachungsinformationen (46) zwischen der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (30) und der Abfragelesevorrichtung (40) zu kommunizieren.