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高、低溫環境下汽車電子標識的靈敏度
發表時間:2019-02-14 14:13:06

通過對汽車電子標識在高、低溫環境下的性能影響因素進行分析,發現其在高、低溫環境下的性能具有一定的降低。針對電子標識在高、低溫環境下性能降低的情況,在黑龍江省漠河縣和新疆吐魯番市分別進行應用測試以驗證其在實際低溫和高溫環境下的效果,所測試的數據和方法對建設和推廣汽車電子標識系統具有重大意義,且為后續汽車電子標識的改進提供參考。


一、引言


由于具有高速移動物體識別、多目標識別和非接觸識別等特點,RFID技術顯示出巨大的發展潛力與應用空間,被認為是21世紀最有發展前途的信息技術之一。基于RFID技術的汽車電子標識技術給創新交通管理和執法服務帶來了新機遇。無錫、深圳等城市已經在重點車輛通行監管、特種車輛優先通行、假/套牌車緝查布控、小區/停車場門禁服務等方面廣泛運用RFID電子標識,給社會管理和人民生活帶來巨大便利,得到了社會的高度認可。隨著汽車電子標識的推廣,其在全國范圍內的應用也指日可待。然而由于我國各地的氣候差別較大,汽車電子標識必然會面臨其在低溫環境和高溫環境中的應用。由于現有芯片技術限制,必然導致汽車電子標識在高、低溫情況下性能發生一定的變化。那么汽車電子標識在高、低溫環境下是否可以正常使用,必須要進行提前研究和測試。 


⎝⎛pp体育平台⎞⎠二、高、低溫環境對汽車電子標識性能的影響


⎝⎛pp体育平台⎞⎠汽車電子標識屬于超高頻頻段RFID電子標簽,實際應用頻段為920MHz~925MHz。其在高、低溫環境下主要性能影響因素與一般的超高頻RFID電子標簽相同,即主要存在兩個方面的影響:一是汽車電子標識在高、低溫環境下會出現反向鏈路頻率的變化;二是汽車電子標識在高、低溫環境下會出現靈敏度的變化。


(一)高、低溫環境下汽車電子標識反向鏈路頻率


⎝⎛pp体育平台⎞⎠根據國家標準GB/T 29768-2013《信息技術 射頻識別800/900MHz 空中接口協議》的要求,電子標識在-25℃至60℃情況下,需要滿足反向鏈路頻率偏差≤20%[3]。而應用于實際路面環境的汽車電子標識,為確保其在全國各個地區和氣候環境下均能正常工作,應滿足≥-40℃且≤85℃的情況下依然能夠正常工作,若此時反向鏈路頻率偏差較大,則可能由于讀寫設備無法解調反向信號而無法進行正常通訊,而現有的讀寫設備一般能夠解調反向鏈路信號的容差也僅為±20%,所以汽車電子標識在高、低溫環境下的反向鏈路頻率應具備更高的要求。針對高、低溫環境下的汽車電子標識反向鏈路頻率變化,我們按照圖1的方法進行測試。

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⎝⎛pp体育平台⎞⎠測試信號發生器的型號為是德E4438C,由上位機控制發送前向Query信號。發射功率控制為18dBm,中心頻率選取定頻922.375MHz,載波不關閉,信號間隔時間為5毫秒。Query信號的Tc值取6.25us,會話標志選擇S0,盤點標志為Ob,前導信號指示TRext=1,反向鏈路速率因子K=1,反向編碼選擇Miller2編碼方式。測試信號分析儀的型號為泰克RSA5103B,在時域模式測試汽車電子標識反向鏈路數據的信號功率包絡。


由于汽車電子標識存在多個版本,選取3個不同版本汽車電子標識各10張作為測試樣品,分別按照圖1進行測試。在-40℃至85℃的溫度下,每隔10℃進行一次測試,待溫箱內環境穩定后記錄結果,測試結果如表1所示,將測試結果繪制成曲線,如圖2所示。 

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從圖2可以看出,汽車電子標識的反向鏈路頻偏與溫度呈線性變化的關系。3個版本的汽車電子標識由于芯片設計的差別,導致其隨溫度變化的趨勢有所區別,其中版本1電子標識隨著溫度的降低,其反向鏈路頻率減小;版本2電子標識隨著溫度的降低,其反向鏈路頻率增大;版本3電子標識的反向鏈路頻率不隨著溫度變化。很明顯可以看出,版本3的電子標識針對高低溫反向鏈路頻率偏移,其方案最為理想,不過所有3個版本的電子標識反向鏈路頻偏均在-40℃和85℃時依然低于20%,也充分滿足了GB/T29768的要求。


(二)高、低溫環境下汽車電子標識靈敏度


⎝⎛pp体育平台⎞⎠電子標識的靈敏度作為衡量電子標識的一個重要指標,直接關系到實際電子標識系統的識讀距離、識讀穩定性等。根據國家標準《汽車電子標識通用技術條件》征求意見稿的要求,汽車電子標識在0℃至40℃的溫度下,數據讀取靈敏度需≤-17dBm。由于汽車電子標識需要在環境溫度≥-40℃且≤85℃情況下能夠正常工作,若此時靈敏度下降嚴重,則可能導致實際環境中由于讀寫設備前向信號在遠距離情況下減小而無法激活電子標識,使得識讀距離大大縮短。 

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低溫環境的電子標識靈敏度,按照圖3進行測試。靈敏度測試儀型號為Voyantic Tagformance。該儀器放置于暗室內,設置測試模式為GB/T 29768協議測試,反向鏈路參數設置為320K-Miller2。由于高低溫箱內屬于全屏蔽環境,如果將儀器天線直接置于高低溫箱內,會由于反射嚴重而無法得到真實靈敏度數據,所以測試時必須將待測汽車電子標識的溫度下降到-50℃以下,立刻將其取出并放置在測試儀上,用紅外測溫儀測量電子標識表面溫度,待其溫度達到-40℃時,立刻用靈敏度測試儀檢測其靈敏度。


高溫環境下的電子標識靈敏度,則可直接使用靈敏度測試儀進行檢測。靈敏度測試儀的設置與低溫一樣,同樣放置于暗室內,將電子標識置于測試儀上,使用電吹風或熱風槍等進行加熱,并用紅外測溫儀測量其表面溫度(注意必須在電吹風或熱風槍關閉情況下測量溫度),待其溫度達到85℃時,立刻使用靈敏度測試儀檢測其靈敏度。


同樣針對表1中3個版本的汽車電子標識進行測試,在20℃、-40℃和85℃溫度下,得到表2的測試數據,并由靈敏度測試儀導出圖4、圖5、圖6的靈敏度測試數據曲線。 

由測試結果可以看出,在920MHz~925MHz頻段,相對于常溫情況,汽車電子標識在高、低溫環境下均出現靈敏度下降情況。其中低溫環境下靈敏度下降幅度不明顯,版本1和版本3汽車電子標識下降幅度達到了0.5dBm~0.6dBm;在高溫環境下靈敏度也出現下降幅度較大的情況,版本1汽車電子標識靈敏度下降幅度達到了2.3dBm,版本2也達到了1.6dBm,版本3達到了0.8dBm。所以高溫對汽車電子標識的影響相對更大,性能下降情況較明顯。 


三、高、低溫環境汽車電子標識應用測試效果


⎝⎛pp体育平台⎞⎠針對汽車電子標識在高、低溫環境下反向鏈路頻率和靈敏度變化的情況,選取實際高、低溫環境進行靜態和動態跑車測試。選擇6月份的新疆吐魯番市為高溫應用測試點,測試時實際環境溫度為36.2℃,車窗開啟,汽車電子標識表面溫度為60.8℃;選擇1月份的黑龍江省漠河縣為低溫應用測試點,測試時實際環境溫度為-30.3℃,車窗開啟,汽車電子標識表面溫度為-26.6℃。按照圖7的方法進行測試。

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測試場地均選取空曠無外在干擾的環境,讀寫單元輸出功率設置為26dBm或30dBm,天線增益10dBi,天線單元下沿距離地面垂直高度H1為5.5m,與水平面的夾角為60°。讀寫設備設置前向Query信號的Tc值取6.25us,會話標志選擇S0,盤點標志為Ob,前導信號指示TRext=1,反向鏈路速率因子K=1,反向編碼選擇Miller2編碼方式。待測汽車電子標識粘貼在測試車輛前風窗玻璃微波窗口位置,距離地面垂直高度H2為1.35m,測試車輛行駛方向正對天線單元。靜態識讀汽車電子標識測試結果如表3所示。 

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⎝⎛pp体育平台⎞⎠根據國家標準《汽車電子標識通用技術條件》征求意見稿的要求,在外界溫度為0℃~40℃,發射功率為26dBm,天線增益10dBi情況下,靜態識讀距離需≥12米。從表3可以看到,版本2和版本3的汽車電子標識的實際應用性能依然可以滿足要求。而當發射功率為30dBm時,各版本電子標識的讀寫距離大于30米,連續識讀范圍均大于20米。在此基礎上進行動態跑車測試,在車速為50km/h~80km/h的情況下,單讀寫設備單天線模式均能穩定的識讀到汽車電子標識,識讀次數大于等于50次,可以滿足實際應用要求。 


四、結束語


通過測試汽車電子標識在實驗室高、低溫環境和實際高、低溫環境的靜態、動態性能,測得現有汽車電子標識的性能足夠滿足高、低溫環境的實際應用。隨著國內越來越多的城市加入汽車電子標識的試點應用,汽車電子標識在高、低溫環境的應用需要具備更高的可靠性和一致性。在實際使用過程中,由于車內一般具備空調等控溫設備,汽車電子標識的使用環境實際溫度很難低于-20℃或高于50℃,所以實際應用效果將更好。當然,隨著汽車電子標識相關技術的進步,汽車電子標識的性能,包括反向鏈路頻偏和靈敏度等數據在各個溫度情況下也會進一步提升。





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