具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一：

本实施例的目的是提供一种基于RFID的六氟化硫气体全寿命周期管理系统。

一种基于RFID的六氟化硫气体全寿命周期管理系统，包括射频识别子系统、称重子系统及远端控制平台；其中，

射频识别子系统，包括电子标签、读写器及上位机；其用于利用所述电子标签存储钢瓶基本信息、采购及回收相关信息，通过读写器及上位机实现电子标签内的信息采集及信息更新；

称重子系统，包括设置于钢瓶底部的自调谐称重传感器标签，所述自调谐称重传感器标签将金属膜通过可压缩泡沫悬挂于标签天线处，基于泡沫压缩时金属膜与标签天线的距离测定气体重量；

远端控制平台，其用于向射频识别子系统及称重子系统下发信息采集及更新指令，接收反馈回的数据信息；并对六氟化硫气体全寿命周期的数据进行收集处理。

进一步的，所述自调谐称重传感器标签基于变色龙引擎芯片控制，通过动态调整芯片阻抗来匹配变化的天线阻抗。

进一步的，所述自调谐称重传感器标签的芯片采用Magnus S芯片，其一组电容有32个电容状态，并由一个5比特的传感器代码表示调谐设置。

进一步的，为避免金属钢瓶的电磁场产生祸流，导致电子标签读写失败，所述电子标签与钢瓶表面之间设置有特定厚度的绝缘材料。

进一步的，所述基于泡沫压缩时金属膜与标签天线的距离测定气体质量，具体为：在被测物重量增加时，金属膜与标签天线的距离变化产生阻抗和传感器代码的改变；基于自调谐称重传感器标签的传感器代码的变化，确定传感器代码与重力的关系；结合传感器代码与匹配电容间的关系，获得匹配电容与重量之间的关系，进而实现钢瓶内气体质量的测定。

进一步的，所述传感器代码与重力的关系式，具体表示如下：

DEC＝0.25*F*S+8

其中，DEC为传感器代码，DEC和数字“8”均无单位，F为被测重力，单位为‘N’，S为接触面积，单位为m²。

进一步的，所述传感器代码与匹配电容间的关系，具体表示如下：

Cp＝1.9+2.06*DEC/1000

其中，Cp为匹配电容，单位为pF，1.9和2.06单位也为pF。

进一步的，所述匹配电容与重量之间的关系，具体表示如下：

Cp＝5.15*10^-5*M+1.91648

其中，M＝F/g，为被测物重量，单位为kg，g＝10N/kg。

具体的，为了便于理解，以下结合附图对本发明所述方案进行详细说明：

首先，结合图1对六氟化硫气体流转全过程进行说明：

当新气采购后，采购信息会上传至采购新气数据库，并将气体进行入库。在入库时，采集钢瓶信息，更改钢瓶状态，将入库数据上传至气体入库数据库。为保证设备正常运行，需对入库气体进行合格检验，合格则存放至中心库，更新可用气体量，若不合格回收处理，可回收的部分进行气体净化，以备回用；不可回收的通过碱液吸收等处理后进行二次开发利用。

在气体净化前后，要将包括设备编号、重量、气体参数、操作人员编号等信息写入钢瓶的电子标签(所述电子标签与钢瓶表面之间设置有特定厚度的绝缘材料)，更新气体净化数据库，在净化合格后完成入库操作。气体由远端控制平台统一分配至下一级单位使用。下级单位在使用的同时也要将设备、用气量、操作人编号等信息上传至变电站用气数据和在役设备气体数据库。

由于设备的不稳定性，需要定期对设备进行检修，在设备检修时需要测量钢瓶中剩余气体的重量并回收，将写入余量、设备编号、检修人员等信息写入电子标签，同时将数据更新至气体回收数据库。由于设备的寿命有限，需要对临期设备进行更换，以保证供电正常运行，对退役的设备需要在系统中进行状态标记，以防误用，造成不好的后果。

其次，结合图2对充装气的工作流程进行详细说明：

由于六氟化硫气体由中心统一分配，回收的气体也需要运送到处理中心统一进行净化回收，当前对六氟化硫的储存主要是钢瓶，因此对钢瓶的质监、监管也是不可缺少的一环。

钢瓶到站后，工作人员凭借经验检查是否损坏，若损坏则放到待检区，否则通过分拣带放入充装区。在充装区内，超高频读写器发射能量激活电子标签，并读取电子标签内的钢瓶基本信息读取标签钢瓶信息，其中钢瓶信息包括：电子标签号、钢瓶自编号号、生产厂家代码，下次检验日期和钢瓶材质、型号、所属单位等基本信息，同时读写器根据下次检验日期和使用期限判断钢瓶是否超过检验期限、是否报废。若合格，由分拣带将钢瓶送去充装，若不合格，由分拣带传送到待检区内，后送入检验站。合格的钢瓶由工作人员进行充装，充装后由检验人员对充装好的实瓶(经前序检验合格且完成气体充装的钢瓶)进行再检，合格的进入实甁区分拣带，不合格的将气体进行回收处理。通过读写器将气体充装重量、充装人员ID、检验人员以及时间等信息写入充装好的钢瓶标签，并自动生成《气体充装记录表》，自动上传信息至系统数据库，最终由分拣带将钢瓶传送到实瓶区内。

本发明提出一种基于RFID的六氟化硫气体全寿命周期管理系统，包括射频识别子系统、称重子系统及远端控制平台；本发明主要的发明构思为：设计了一种可以自动称钢瓶重量的标签以及可以用于钢瓶信息储存的标签，并基于两种标签提出了一种实现六氟化硫充气量、回收回用量、净化量、新气购置量及入出库信息等全链条自动化的数据收集方法，具体的：

(1)射频识别(RFID)子系统

超高频RFID技术是一种利用射频信号以空间藕合(交变磁场或电磁场)方式实现无接触信息传递，借助所传递的信息达到识别目的的技术。超高频RFID技术最重要的优点是非接触识别，可以无感地记录物料出入库信息、包括领取人员信息、设备信息等，辅以称重测量的一次性采集，实现物料快速的出入库管理。

基于RFID技术的六氟化硫物料管控主要由电子标签、读写器和上位机三部分组成。上位机负责中央控制，通过与读写器进行数据通信，完成数据库对六氟化硫钢瓶信息的储存、处理、查询等功能；电子标签用于存储六氟化硫钢瓶编号、名称、型号、生产单位、检验时间等信息；读写器用于向电子标签中写入六氟化硫钢瓶即时信息或从电子标签中读取六氟化硫钢瓶工作状态信息，及时完成上位机对数据的上传和下载的命令。系统中读写器与上位机通过RS232、RS485、韦根、TCPIP网络接口多种串口完成通信，读写器与电子标签以全双工方式完成数据交换，工作频率为902-930MHz的超高频段。

系统应用RFID标签技术，实现远距离读写，解决了无法有效管理的问题。由于读写距离长，充装、检验数据信息都能由读写器自动读取或写入电子标签，并自动上传至系统数据库，避免了人工手持终端机作业繁琐、易疏忽、劳动强度大等缺点，大大提高了工作效率。读写器根据读标签信息自动做出判断是否是超期未检不合格钢瓶，合格钢瓶由分拣带送到充装区，不合格钢瓶则被自动送到待检区，等待检验，无需人工作业。

进一步的，由于标签贴于金属表面时，标签性能会随之变差，其主要原因是金属环境电磁场产生祸流，削弱入射磁场的场强，从而导致能量再次被抵消，最终读写操作失败。若要完成标签在金属表面的读取工作，就需要对电子标签进行特殊处理，能使其可以在金属表面应用。本发明考虑到采用专门的抗金属标签天线设计方法，但成本较高；经研究发现，通过将标签离金属表面垫高一定高度，减小金属边界条件(电子标签周围金属介质)对标签影响；因此采用该方法将普通标签通过绝缘材料垫高于金属钢瓶表面。为了选取恰当的标签与金属表面之间的距离，我们进行了相应实验测试，如图8所示为标签与金属表面之间的距离实验示意图；实验时，将读写器读取标签的时间间隔设定为固定值，将标签与读写器之间的距离固定在1.5米，逐步增加标签与钢瓶表面塑料片个数来改变间隔距离，测得标签读取率；如图9所示为阅读器成功率读取界面图，实验结果见表1。

表1实验结果：标签读取率

在误差范围以内，当标签直接贴在钢瓶表面时，标签的读取率零。但是，随着两者之间的距离的增加，标签的读取率迅速增大。当标签与钢瓶平面的距离增加至11mm时，标签的读取率已为100％。在读取距离不变的前提下，继续增加标签与金属箱之间的距离，标签的读取率均达到最大。故本实施例中选择间隔距离为11mm。

(2)称重子系统

本发明设计了一种自动称钢瓶重量的标签，用于实现钢瓶自动称重。所述方案通过自动称钢瓶重量的标签测得六氟化硫钢瓶的重量，并结合RFID读卡器读取在称六氟化硫钢瓶的电子标签、GPS/北斗定位称重设备位置，再将获取的重量、标签、位置等信息写入电子标签中，经物联网将数据发送到远端控制平台。

其中，所述自动称钢瓶重量的标签，具体设计思路如下：

所有的RFID无源标签都是由芯片连接到天线组成的。为了最大化标签的性能，在芯片和天线之间(双向)的RF功率转换需要通过阻抗匹配来达到最优化。阻抗可以通过阻抗(R)和电抗(X)的组合来表达。天线被看作是源(Ra和Xa)，芯片可以看做是负载(Rc和Xc)。如图4展示了标签天线和芯片的阻抗等效图。阻抗匹配要求芯片和天线阻抗成相互的“共轭复数”。满足如下公式：

Ra＝Rc

Xc＝-Xc

如图5展示了标签自调谐等效电路，传统的RFID芯片有一个单一固定的阻抗，而天线的阻抗随频率而变化，受附近的液体和金属影响而改变射频场，标签就会被“去调谐”。变色龙引擎能自动时间完成自调谐，达到对于目前的工作频率和环境条件天线的最佳阻抗匹配。带变色龙芯片的标签等效电路图如图5所示，芯片的阻抗是动态调整的，来匹配变化的天线阻抗。在Magnus S芯片上，一组电容有32个电容状态由一个5比特的传感器代码来表示调谐设置。其具体参数如表2。

表2变色龙参数

如果标签的天线阻抗发生了变化，传感器代码也会因为变色龙引擎适应电容组而变化，仿真结果如图6所示。变色龙传感器代码DEC与匹配电容Cp关系为：

Cp＝1.9+2.06*DEC/1000

天线本身的机械变形会产生一个天线的共振频率的改变，且变色龙引擎会做调整来适应这个变化。标签将一小片金属膜通过一个可压缩泡沫悬挂在标签天线处。当泡沫被重物压缩时，金属就靠近天线结构，继而产生一个阻抗和传感器代码的改变。如图7展示了自调谐称重传感器标签实验结果，在被测物重量增加时，标签传感器代码发生变化。由图可拟合出传感器代码DEC与重力F的关系为：

DEC＝0.25*F*S+8

由此得出电容Cp与重量M的关系式：

Cp＝5.15*10^-5*M+1.91648

(3)远端管理平台

利用前端自动感知技术(上述的射频识别(RFID)子系统及称重子系统)，能够快速自动的建立钢瓶安全监管数据库，实现对钢瓶的动态信息实时跟踪，对钢瓶的技术状态、物理位置实行监控，最大限度地控制和消除钢瓶充装、运输和使用过程中的安全隐患；实现六氟化硫气体仓储管理，形成高准确率六氟化硫气体物料管理模式。

实施例二：

本实施例的目的是提供一种基于RFID的六氟化硫气体全寿命周期管理方法。

一种基于RFID的六氟化硫气体全寿命周期管理方法，其利用上述的基于RFID的六氟化硫气体全寿命周期管理系统，所述方法包括：

基于所述电子标签存储钢瓶基本信息、采购及回收相关信息，根据远程控制平台下发的控制命令，通过读写器及上位机实现电子标签内的信息采集、信息更新以及信息的反馈；

通过所述自调谐称重传感器标签实时测定钢瓶内的气体重量，并将测定的重量信息反馈给远端控制平台；

远端控制平台接收到反馈回的数据信息后进行相应处理，实现对六氟化硫气体全寿命周期的管理。

上述实施例提供的一种基于RFID的六氟化硫气体全寿命周期管理方法及系统可以实现，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。