DE102005017299A1 - Vorrichtung zur Überwachung von Umweltbedingungen und deren Verwendung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung besteht im Wesentlichen aus einem so genannten passiven RFID-Tag, bei dem zur Erzeugung einer Betriebsspannung ein Empfangsschwingkreis für Hochfrequenzenergie vorhanden ist und bei dem durch Überschreitung von Grenzen bestimmter Umweltbedingungen eine dauerhafte Verstimmung oder Deaktivierung bewirkt wird, so dass auf eine Hochfrequenzanregung hin kein Antwortsignal mehr gesendet werden kann. Durch eine solche Vorrichtung können Umgebungsbedingungen oder Betriebszustände von Produkten mit Hilfe einer günstigen passiven RFID-Technologie lückenlos überwacht werden. Eine kurze Unterbrechung einer Kühlkette oder eine kurzfristige Überhitzung einer technischen Komponente ist bspw. so leicht und dauerhaft nachweisbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung von Umweltbedingungen, die ein per Funk lesbares Sensorelement aufweist und die in einfacher Weise auf zu überwachenden Produkten befestigbar ist.
  • Bislang wird die Überwachung physikalischer Umgebungsbedingungen auf mehrere Arten durchgeführt:
    • • Dedizierte Messgeräte, die gemeinsam mit den zu überwachenden Produkten transportiert oder aber in diese eingebaut wurden. Hierzu gehören auch so genannte aktive RFID-Tags, also einer Art Identifikations-Etiketten mit eigener Stromversorgung, die durch entsprechende Sensorik die gewünschten Messgrößen erfassen und per Funk übermitteln können. Eine Solche Vorrichtung ist bspw. aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 30 991 A1 bekannt. Nachteilig ist dabei bspw., dass eine solche Vorrichtung, insbesondere für die Einzelüberwachung von Massenprodukten nicht möglich oder nicht wirtschaftlich sinnvoll ist.
    • • Zur Überwachung der Temperatur gibt es chemische Messstreifen, die einen irreversiblen Farbumschlag bei bestimmten Temperaturen zeigen. Nachteilig ist hierbei, dass diese Verfahren bislang nur für Temperaturbereiche zwischen ca. 30°C und 250°C existieren und keine maschinenlesbaren Ergebnisse bereitstellen.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin eine Vorrichtung zur Überwachung von Umweltbedingungen anzugeben, bei der die oben genannten Nachteile vermieden werden, die möglichst robust und zuverlässig ist und deren Verhalten oder Zustand sich bereits durch eine temporäre Überschreitung bestimmter Überwachungsgrenzen dauerhaft ändert.
  • Die Erfindung besteht im Wesentlichen aus einem so genannten passiven RFID-Tag, bei dem zur Erzeugung einer Betriebsspannung ein Empfangsschwingkreis für Hochfrequenzenergie vorhanden ist und bei dem durch Überschreitung von Grenzen bestimmter Umweltbedingungen eine dauerhafte Verstimmung oder Deaktivierung bewirkt wird, so dass auf eine Hochfrequenzanregung hin kein Antwortsignal mehr gesendet werden kann. Durch eine solche Vorrichtung können Umgebungsbedingungen oder Betriebszustände von Produkten mit Hilfe einer günstigen passiven RFID Technologie lückenlos überwacht werden. Eine kurze Unterbrechung einer Kühlkette oder eine kurzfristige Überhitzung einer technischen Komponente ist bspw. so leicht und dauerhaft nachweisbar.
    •
  • Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt
  • 1 eine Darstellung eines unverstimmten Schwingkreises in einem RFID-Tag und
  • 2 eine Darstellung eines nach Grenztemperaturüberschreitung dauerhaft verstimmten Schwingkreises in einem RFID-Tag.
  • Passive RFIDs besitzen keine eigene Stromversorgung und sind durch ihren einfachen Aufbau auch bei Massenprodukten wirtschaftlich einsetzbar. Bei der Erfindung wird die sonst angestrebte Robustheit von passiven RFID-Tags gegenüber Umwelteinflüssen durch konstruktive Maßnahmen gerade gezielt unterbunden.
  • Bei der Erfindung wird der Empfangsschwingkreis durch die Änderung einer Umweltbedingung irreversibel „verstimmt", so dass der RFID-Tag nicht mehr sendebereit ist. Unter Verstimmung versteht man die Änderung der Resonanzfrequenz fRes des Schwingkreises, die durch eine Induktivität L der Spule bzw. Antenne sowie einer Kapazität C des Kondensators definiert wird.
    Figure 00030001
    mit C = εRel·C0
  • Die zu detektierende Änderung mindestens einer Umweltbedingung wird erfindungsgemäß durch Beeinflussung der Induktivität der Spule und/oder der Kapazität des Kondensators bewirkt.
  • Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Beeinflussung der Induktivität ist in diesem Zusammenhang eine Änderung der relativen Permeabilität und/oder beim Kondensator eine Änderung der relativen Dielektrizitätszahl.
  • Die 1 und 2 zeigen beispielhaft und schematisch eine temperaturabhängig dauerhafte Änderung der Resonanzfrequenz eines RFID-Schwingkreises infolge dauerhafter Veränderung des im Schwingkreiskondensator enthaltenen Dielektrikums.
  • In 1 ist der Aufbau eines unverstimmten Schwingkreises SK1 gezeigt, wobei der Schwingkreis eine Antennenspule L und einen dazu parallelgeschalteten Kondensator C1 mit einem porösen Dielektrikum D aufweist, das über eine flüssigkeitsleere Kapillare mit einem Flüssigkeitsbehälter verbunden ist, der eine Flüssigkeit F1 mit einer Temperatur unterhalb einer bestimmten Grenztemperatur enthält.
  • In 2 ist hingegen der Aufbau eines verstimmten Schwingkreises SK2 gezeigt, wobei der Schwingkreis wiederum eine Antennenspule L aber einen dazu parallelgeschalteten Kondensator C2 mit einem flüssigkeitsdurchtränkten porösen Dielektrikum DF aufweist, das über eine flüssigkeitsgefüllte Kapillare mit einem Flüssigkeitsbehälter verbunden ist, der eine Flüssigkeit F2 mit einer Temperatur über einer bestimmten Grenztemperatur enthält.
  • Hier wird der physikalische Effekt der Ausdehnung von Flüssigkeiten, z.B. Ethanol, bei zunehmender Temperatur ausgenutzt, um kapazitätsbestimmende Merkmale des Kondensators zu verändern.
  • Eine bestimmte gewünschte Grenztemperatur ist bspw. durch die Länge der Kapillare K wählbar.
  • Das Dielektrikum bleibt auch bei einem anschließenden Rückgang der Temperatur von der Flüssigkeit durchsetzt. Dies hat zur Folge, dass der RFID-Tag nicht mehr ausgelesen werden kann, da eine Energieeinkopplung durch Anregung des Schwingkreises bei seiner ursprünglichen Resonanzfrequenz fRes nicht mehr möglich ist. Das Ausbleiben der Antwort beim Auslesen eines solchen RFID-Tags zeigt an, dass eine Überschreitung der definierten Temperatur, z.B. eine Unterbrechung der Kühlkette oder ein Überlastzustand eines Motors, stattgefunden hat.
  • Die Flüssigkeit kann dabei nur die relative Dielektrizitätskonstante zwischen den Kondensatorplatten verändern oder aber praktisch einen Kurzschluss der Kondensatorplatten bewirken.
  • Alternativ zur physikalischen Beeinflussung des Schwingkreises durch eine in der Kapillare angestiegene Flüssigkeit könnten auch weitere Effekte wie z.B. die Oxidation eines die Resonanzfrequenz beeinflussenden Materials mit Luftsauerstoff genutzt werden, um beispielsweise eine Unterbrechung der Aufbewahrung unter Schutzgasatmosphäre nachzuweisen.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Überwachung von Umweltbedingungen in Form eines passiven RFID-Tags, bei dem ein Empfangsschwingkreis (SK1, SK2) zur Erzeugung einer Betriebsspannung vorhanden ist, der durch Überschreitung von Grenzen bestimmter Umweltbedingungen dauerhaft verstimmbar oder deaktivierbar ist, so dass auf eine Hochfrequenzanregung hin kein Antwortsignal mehr erzeugbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die zu detektierende Änderung mindestens einer Umweltbedingung durch Beeinflussung der Induktivität einer Spule (L) und/oder der Kapazität eines Kondensators (C1, C2) bewirkbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Beeinflussung der Induktivität durch eine Änderung der relativen Permeabilität und/oder beim Kondensator durch eine Änderung der relativen Dielektrizitätszahl bewirkbar ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Schwingkreis (SK2) eine Antennenspule (L) und einen Kondensator (C2) mit einem porösen Dielektrikum (DF) aufweist, das über eine Kapillare mit einem Flüssigkeitsbehälter derart verbunden ist, dass das poröse Dielektrikum bei Überschreitung einer bestimmten Grenztemperatur von der im Flüssigkeitsbehälter befindlichen Flüssigkeit infolge temperaturbedingter Ausdehnung durchtränkt wird.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Empfangsschwingkreis (SK1, SK2) zur Erzeugung einer Betriebsspannung derart verstimmbar oder deaktivierbar ist, dass ein die Resonanzfrequenz beeinflussendes Material durch Oxidation mit Luftsauerstoff veränderbar ist.
  6. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 4, zum nachträglichen Nachweis einer Unterbrechung einer Kühlkette oder eines Überlastzustandes eines Motors.
  7. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 5, zum nachträglichen Nachweis einer Unterbrechung der Aufbewahrung unter Schutzgasatmosphäre.
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