无线射频系统的测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及无线射频技术领域，具体地，提供一种无线射频系统的测试装置。


背景技术：

2.无线射频通信系统通常包括相互分离的无线射频天线以及电子标签，读写器通过无线射频芯片与电子标签进行通信，例如向电子标签发送数据，或者从电子标签读取数据。无线射频通信已经广泛应用在各个领域，例如用于在产品的生产、货物运输与仓储等。
3.随着人们对个性化定制产品的需求日益强烈，例如，越来越多的人们喜欢定制个性化服装，年轻家庭为新居定制家具等。个性化定制意味着某个规格的产品或部件数量非常少，甚至只有一件，这对工厂的车间制造提出了全新的技术要求和管理要求，一个可行的技术方案是引入uhf(超高频)无线射频识别技术，即rfid技术。本文以下所指的rfid技术均为uhf(超高频)rfid技术。rfid技术应用在生产线时，需要将每一件定制的产品或其部件绑定(例如绑线固定、粘贴或嵌入)一张具有唯一编码的rfid标签，在车间的生产线上、仓库、物流环节利用rfid识别系统，按流水线(单件或多件)方式或按批量(数十甚至数百件)方式进行识别跟踪。通常，管理要求标签识别率不低于99.995％。由于生产条件的限制，现有rfid识别技术及其系统难于满足这个要求。
4.无线射频通信系统主要由rfid电子标签、rfid读写器和rfid天线组成。其中，rfid电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体，它由芯片和天线组成，rfid电子标签天线种类包括蚀刻天线、pcb板镀铜天线、陶瓷天线等，蚀刻天线的优点是成本较低，缺点是同等垫距读距效果最差；pcb板镀铜天线的优点是读距较好，缺点是成本较高；陶瓷天线的优点是性能最好，缺点是成本高。
5.rfid读写器是读写电子标签的设备，通常需要rfid天线实现与电子标签的通信，rfid天线又称读写器天线、无线射频天线，用于在电子标签和读写器之间传递射频信号，常用的rfid天线主要有线极化天线和圆极化天线。
6.电子标签与rfid读写器之间通过它们的天线的耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。采用rfid系统进行无线射频识别时，rfid读写器通过无线射频天线发出查询信号，电子标签接收到该查询信号后，将查询信号的一部分能量用于电子标签内部芯片的工作电源，另一部分查询信号经过电子标签内部电路调制后返回至rfid读写器。
7.可见，rfid读写器能否识别到电子标签，主要取决于电子标签的天线所获得的能量是否足以激活电子标签内部的芯片及电路。电子标签的面积越大，意味着电子标签的尺寸越大，获得能量的能力越强；rfid天线与电子标签的天线之间的距离越大，电子标签的天线获得的能量越小。
8.对于线极化的rfid天线，当电子标签的天线的极化方向与该rfid天线的线极化方向一致时，感应出的信号最大，此时的rfid天线的识别距离最远，识别的灵敏度高；随着电子标签的天线的极化方向与线极化方向偏离越来越多时，感应出的信号越小，此时的识别
距离变小，识别灵敏度变差；当电子标签的天线的极化方向与线极化方向正交时，感应出的信号为零，电子标签则不能被识别。
9.对于理想的圆极化rfid天线，无论电子标签的天线的极化方向如何，感应出的信号都是相同的，不会有什么差别，所以，大多数应用场合都采用圆极化rfid天线。但是，实际生产出来的圆极化rfid天线并不能做到理想的状态，且不同型号的波瓣宽度等重要指标也存在差异。波瓣宽度越大，对电子标签的天线与rfid天线的极化方向一致性要求越低，识别距离越小；波瓣宽度越小，对电子标签的天线与rfid天线的极化方向一致性要求越高，识别距离越大。为了确保rfid天线能够准确的读取电子标签的数据，通常需要对rfid天线以及电子标签进行测试。
10.例如，公开号为cn105738732a的发明专利申请公开了一种rfid标签性能测试系统，该系统包括有读写器、天线、天线固定支架和程控转台，天线固定支架设置在程控转台一侧，天线固定支架上设有滑轨，天线安装在天线固定支架上，天线能够沿滑轨上下移动。该测试系统中，待测试的电子标签只能够相对于天线上下移动，主要是测试电子标签的识别距离。
11.在生产车间的流水线、物流仓储等使用场景中，电子标签往往是绑定在货物上，而货物是相对于rfid天线沿水平方向移动的。例如在流水式生产线上，传送带是以固定的速度移动，货物也是以固定的速度相对于rfid天线移动，因此，货物上的电子标签也是以一定的速度相对于rfid天线移动。
12.但是，现有的测试系统无法模拟生产线的使用环境，无法测试出在生产线上如何布置合理的rfid天线，或者电子标签以怎么样的速度移动，能够满足识别率要求的情况。


技术实现要素：

13.本实用新型的目的是提供一种能够模拟生产线上电子标签移动环境下对无线射频系统进行测试的无线射频系统的测试装置。
14.为实现本实用新型的目的，本实用新型提供的无线射频系统的测试装置包括立柱，立柱的顶部设置有无线射频天线支撑板，无线射频天线支撑板的下表面设置有无线射频天线，旋转驱动组件带动无线射频天线支撑板转动，使无线射频天线绕自身轴线旋转；并且，立柱上还设置有传送组件，电子标签放置台固定在传送组件上，传送组件包括水平传送机构，水平传送机构带动电子标签放置台相对于无线射频天线支撑板沿水平方向移动。
15.由上述方案可见，电子标签放置台能够相对于无线射频天线沿着水平方向移动，能够模拟流水式生产线实际的情况，进而测试无线射频天线的转动方式、生产线的传送带的传输速度是否满足无线射频天线读取电子标签识别率的要求，实现模拟流水式生产线部署无线射频系统识别无线电子标签的运行情况。
16.一个优选的方案是，传送组件还包括竖直传送机构，水平传送机构与竖直传送机构连接，竖直传送机构带动电子标签放置台相对于无线射频天线支撑板沿竖直方向移动。
17.由于电子标签放置台固定在水平传送机构上，通过竖直传送机构能够带动电子标签放置台沿竖直方向移动，可以测试出在不同的竖直距离下无线射频天线对电子标签的识别率的情况。
18.进一步的方案是，竖直传送机构包括竖直导轨，竖直驱动件带动竖直滑块在竖直
导轨内往复运动，水平传送机构固定在竖直滑块上。
19.更进一步的方案是，水平传送机构包括水平导轨，水平驱动件带动水平滑块在水平导轨内往复运动，电子标签放置台固定在水平滑块上。
20.可见，水平传送机构和竖直传送机构的结构非常简单，能够简化无线射频系统的测试装置的结构，降低其生产成本。
21.更进一步的方案是，竖直驱动件为竖直丝杆或者竖直气缸驱动的竖直滑杆，进一步的，水平驱动件为水平丝杆或者水平气缸驱动的水平滑杆。
22.由于丝杆或者滑杆都是常见的驱动器件，且运行可靠，在降低无线射频系统的测试装置生产成本的同时，还能够提高其运行的可靠性。
23.优选的，电子标签放置台上形成有区域划分线，区域划分线将电子标签放置台划分为二个以上的测试区域。
24.可见，将电子标签放置台划分为多个不同的区域，可以针对电子标签进行抗干扰性能测试，对电子标签的测试更加全面。
25.更进一步的方案是，旋转驱动组件包括一个驱动电机，驱动电机通过旋转传动件带动无线射频天线支撑板绕自身轴线旋转。
26.可见，无线射频天线能够绕自身轴线转动，使得无线射频天线能够在一个转动周期内至少有一次与电子标签的天线的极化方向一致，确保无线射频天线对电子标签的识别率。
27.更进一步的方案是，立柱的顶部设置有悬臂杆，无线射频天线支撑板设置在悬臂杆上，悬臂杆上还设置有读写器与控制器，读写器与无线射频天线电连接，读写器还与控制器电连接；立柱上还设置有与控制器电连接的显示器。
28.由此可见，无线射频系统的测试装置所测试的数据可以在显示器上显示，例如无线射频天线识别的电子标签的数量、无线射频天线的转速、电子标签放置台的移动速度等，方便测试人员对测试参数进行调整，也方便测试人员及时了解测试结果。
29.更进一步的方案是，立柱的底端设置有底盘，底盘的下端设置有多个滚轮。
30.这样，测试装置可以方便的被移动至合适的位置，例如移动至车间的角落、车间管理办公室等。
附图说明
31.图1是本实用新型无线射频系统的测试装置实施例的结构图。
32.图2是本实用新型无线射频系统的测试装置实施例旋转驱动组件与无线射频天线支撑板的结构图。
33.图3是本实用新型无线射频系统的测试装置实施例电子标签放置台与水平传送组件的结构分解图。
34.图4是本实用新型无线射频系统的测试装置实施例竖直传送组件与水平传送组件的结构分解图。
35.以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
36.本实用新型的无线射频系统的测试装置用于对无线射频系统的无线射频天线以及电子标签进行测试，例如检测无线射频天线的转速与电子标签的移动速度是否匹配，以确保无线射频天线能够准确读取每一个流经无线射频天线读取范围内的电子标签的数据。
37.本实施例应用于无线射频系统的测试装置上，参见图1与图2，无线射频系统的测试装置包括一根立柱10，立柱10的上端设置有悬臂杆31，在悬臂杆31上设置有控制箱15，控制箱15内设置有读写器以及控制器，该读写器与无线射频天线电连接，读写器通过无线射频天线向电子标签发射无线射频信号，并接收电子标签反馈的无线射频信号。读写器还与控制器电连接，控制器可以向读写器发送控制信号，以控制读写器的工作，例如控制读写器开始或者停止读取电子标签的数据。
38.悬臂杆31的第一端通过连接块30固定在立柱10的上端，悬臂杆31的第二端为自由端，第二端的上方设置有驱动电机18，第二端的下方设置有无线射频天线支撑板14，无线射频天线设置在无线射频天线支撑板14的下表面，优选的，无线射频天线是圆极化天线。驱动电机18可以驱动无线射频天线支撑板14转动，例如以顺时针方向转动或者逆时针方向转动，从而带动无线射频天线的正转或者反转。
39.从图2可见，在悬臂杆31的第二端设置有旋转驱动组件，本实施例的旋转驱动组件包括减速机37、安装支架36以及驱动电机18，驱动电机18与减速机37连接后，固定在安装支架36上，支架同时与悬臂杆31紧固连接，驱动电机18和减速机37的输出连接轴35朝下延伸，驱动电机18的输出轴穿过悬臂杆31并伸入至减速机37，由减速机37带动无线射频天线支撑板14转动。当驱动电机18运行时，输出连接轴35沿自身轴线转动，从而带动无线射频天线支撑板14转动。由于无线射频天线设置在无线射频天线支撑板14的下表面，因此，无线射频天线跟随无线射频天线支撑板14转动而转动。
40.无线射频天线支撑板14的上方设置有连接板32，无线射频天线支撑板14通过多个螺钉32固定在连接板32的下方，驱动电机18的输出连接轴35穿过悬臂杆31、连接板32以及无线射频天线支撑板14，从而确保无线射频天线支撑板14与输出连接轴35的固定连接。
41.控制器向驱动电机18发送控制信号，以控制驱动电机18的转动，例如控制驱动电机18以预设的转速转动，并且可以控制驱动电机18的转动方向，即控制驱动电机18正转或者反转。
42.无线射频系统的测试装置还设置有电子标签放置台13，并且，在立柱10上设置有传送组件，电子标签放置台13固定在传送组件上，电子标签放置台13可以在传送组件的带动下相对于无线射频天线支撑板14沿水平方向移动或者沿竖直方向移动。
43.本实施例的传送组件包括水平传送机构以及竖直传送机构，参见图3，水平传送机构40包括水平导轨11，在水平导轨11内设置作为水平驱动件的水平丝杆22，水平导轨11的一端设置有电机21，电机21驱动水平丝杆22转动。在水平导轨11内还设置有水平滑块42，水平滑块42的通孔内表面设置有内螺纹，水平丝杆22穿过水平滑块42，当水平丝杆22转动时，可以带动水平滑块42在水平导轨11内往返运动。电子标签放置台13通过l型的连接件43固定在水平滑块42上，当水平滑块42沿水平方向往返运动时，带动电子标签放置台13相对于无线射频天线支撑板14沿水平方向往复运动。
44.参见图4，竖直传送机构50设置在立柱10上，竖直传送机构50包括竖直导轨51，竖
直导轨51内设置有作为竖直驱动件的竖直丝杆19，在竖直导轨51的上端设置有电机20，电机20可以驱动竖直丝杆19转动。在竖直导轨51内还设置有竖直滑块52，竖直滑块52的通孔内表面设置有内螺纹，竖直丝杆19穿过竖直滑块52，当竖直丝杆19转动时，可以带动竖直滑块52在竖直导轨51内往返运动。
45.并且，水平传动机构40固定在竖直传动机构50上，具体的，水平导轨11固定在竖直滑块52上，例如通过多个螺钉或者铆钉等固定在竖直滑块52上。这样，当竖直滑块52在竖直导轨51内上下移动时，水平传动机构40将跟随竖直滑块52上下移动，并带动电子标签放置台13相对于无线射频天线支撑板14沿竖直方向上下移动，从而调节无线射频天线与电子标签在竖直方向上的距离，即调整并测试射频天线和电子标签间的读距或写距。
46.实际应用时，水平传送机构不一定设置水平丝杆，也可以设置由水平气缸驱动的水平滑杆，由水平滑杆带动水平滑块移动，相同的，竖直传送机构不一定设置竖直丝杆，也可以设置由竖直气缸驱动的竖直滑杆，由竖直滑杆带动竖直滑块移动。
47.优选的，根据无线射频天线的尺寸，电子标签放置台13划分为多个不同的测试区域。例如，无线射频天线的尺寸为400毫米
×
400毫米，则电子标签放置台13被划分标记为a区(边长为200毫米的正方形)、a1区(边长为400毫米的正方形)、b区(边长为600毫米的正方形)以及c区(边长为800毫米的正方形)，其中a区为高灵敏度识别区，a1区为次高灵敏度识别区，b区为低灵敏度识别区，c区为不可识别区。当电子标签放置台13与无线射频天线支撑板14之间的距离一定时，从a1区开始向外至c区，对电子标签的识别灵敏度逐渐减弱，直至不可识别。具体的，在电子标签放置台13上设置有多条矩形的区域划分线，多条区域划分线将电子标签放置台13划分为多个测试区域。
48.此外，立柱10的底端设置有底盘23，底盘23的下端设置有多个滚轮24，以方便无线射频系统的测试装置的移动。
49.在立柱15的一侧设置有显示器支架16，显示器支架16的一端连接有显示器17。显示器17与控制器电连接，显示器17上可以显示测试装置的运行状态，例如无线射频天线的转速、转动方向、无线射频天线支撑板14与电子标签放置台13之间的竖直距离、电子标签放置台13沿水平方向的移动速度等。并且，显示器17还可以显示测试结果信息，例如无线射频天线读取到的电子标签的数量、各个电子标签的id码等。
50.并且，控制器还可以控制多个电机工作，例如可以控制驱动电机18、电机19以及电机20的工作，继而控制无线射频天线支撑板14转动、驱动电子标签放置台13沿水平方向、竖直方向的移动。
51.进一步的，本实施例的读写器为多核cpu的rfid读写器，通过rs232/rs485串口和/或i/o端口与控制箱15内的控制器通信，并通过hdmi连接显示器17以显示内容，还通过usb连接无线键盘和鼠标以便输入内容，通过rj45端口网线或wlan连接web服务器。
52.应用该测试装置进行测试时，驱动电机18驱动无线射频天线支撑板14转动，从而带动无线射频天线转动，例如，使用波瓣宽度为45
°
的无线射频天线，每转动一定角度停转一段时间，如每转动45
°
时停止转动200毫秒，这样，当无线射频天线转动4次将转动180
°
，不管电子标签放置的方向如何，至少有一次实现无线射频天线与电子标签的天线的极化方向一致或者趋于一致。
53.并且，电子标签放置台13能够以一定的速度沿水平方向移动，可以模拟生产线上
传送带的移动，例如，当生产线的流速v
relative
一定时，为了确保无线射频天线能够识别所有的电子标签，需要满足以下的条件：选取流向覆盖尺寸y
flow
足够大的无线射频天线，当无线射频天线的流向覆盖尺寸y
flow
一定时，调整电子标签的流速v
relative
，保证流过无线射频天线下的电子标签有足够的覆盖时间t
cover
，其匹配关系满足：t
cover
＝y
flow
/v
relative
》n/f
reader
，其中：f
reader
为读写器的识读频率，最小有效识读时间t
minvalue
＝n/f
reader
；n＝180/l
obewidth
，l
obewidth
为天线的波瓣宽度。
54.因此，对无线射频系统进行测试时，在无线射频天线的尺寸、转动速度固定的情况下，通过调节电子标签放置台13在水平方向上的移动速度，可以测试获得满足识别率要求的电子标签放置台13的移动速度。相应的，在无线射频天线的尺寸、电子标签放置台13移动速度不变的情况下，通过调节无线射频天线支撑板14的转动速度，可以测试获得满足识别率要求的无线射频天线支撑板14的转动速度。
55.相比起传统的无线射频系统的测试装置，本实施例所使用的无线射频测试系统具有生产成本低，不需要无线射频系统的专用测试设备和屏蔽室环境即可以对无线射频系统进行测试，且测试装置的安装非常方便，只需要部署在车间的某个站位或者部署在生产管理的办公室内即可，占用的场地面积较小。此外，测试装置的操作使用非常简单，不需要进行专门的培训操作。
56.最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，例如水平传送机构以及竖直传送机构的具体结构的改变，或者，无线射频天线支撑板形状的改变等，这些改变也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。