ЭЛЕКТРОННАЯ РАДИОЧАСТОТНАЯ ПЛОМБА

Область техники
Полезная модель относится к конструкции пассивных электронных радиочастотных пломб для маркировки и прослеживания перемещений металлических дисков, используемых в пневматических колесах грузовых и пассажирских (в том числе легковых) автомобилей, мотоциклов и иных транспортных средств.
Уровень техники
Общеизвестно, что от надежности металлических дисков существенно зависит безопасность эксплуатации колесного транспорта. Соответственно, защита потребителей от фальсифицированных (поддельных) и находящихся в незаконном обороте дисков, является важной практической задачей.
Для решения указанной задачи требуется надежная защитная маркировка дисков с идентификационной информацией, доступной для дистанционного считывания на всех этапах жизненного цикла диска от изготовления до вывода из эксплуатации.
Этим требованиям явно не соответствуют такие общеизвестные средства маркировки, как наклеиваемые этикетки или легкосъемные навесные бирки, которые пригодны как «свидетели» подлинности только до момента поступления дисков в торговый оборот или в авторемонтные мастерские, где они могут быть легко заменены подделками.
Более устойчива маркировка зажимными пломбами, которые механически присоединяют к колесным дискам и на внешние поверхности которых наносят (как правило, кодированные) идентификаторы. Такие пломбы трудно подменять, а их отсутствие само по себе может свидетельствовать о незаконных манипуляциях с контролируемыми дисками.
Еще более устойчивы маркировочные записи, формируемые непосредственно на дисках лазерным гравированием или механическим ударным клеймением. Однако искажение таких записей затиранием или перебивкой практически исключает надежную идентификацию и выявление поддельных дисков.
Мало того, все указанные выше средства маркировки рассчитаны на визуальное восприятие, а потому обычно имеют ограниченную информационную емкость и исключают считывание записей при недостатке света, загрязнении и, тем более, при вращении колес.
Этих недостатков лишены такие средства защитной маркировки штучных изделий, как радиочастотные метки, каждая из которых имеет RFID-чип и электрически связанную с ним антенну. С их помощью реализуют способ бесконтактной автоматизированной идентификации, основанный на записи данных о контролируемых объектах в память RFID-чипов и считывании записей через радиоканал в УВЧ-диапазоне (обычно, но не обязательно на частотах 860-960 МГц). Радиочастотные метки наряду с функцией носителей идентификационной информации служат приемопередатчиками радиосигналов.
Применение радиочастотных меток требует надежного крепления на контролируемых объектах. Например, их можно надежно механически фиксировать на неметаллических предметах и в шинах пневматических колес.
Для маркировки древесины, пластиков, а также полуфабрикатов и изделий из них радиочастотные метки обычно размещают в по меньшей мере частично радиопрозрачных корпусах с клиновыми или винтовыми крепежными деталями (ЕР 2816508; CN 101737389; US 6239737; WO 2010 052375 и др.).
Для маркировки шин радиочастотные метки размещают в полностью радиопрозрачных корпусах, которые внедряют в сырую резину и фиксируют последующей вулканизацией (US 2012305151; WO 2013/147479; US 2015/083811; WO 2016/053933 и др.).
И хотя присоединение радиочастотных меток к указанным объектам сопряжено с нарушениями их целостности, они будут тем менее значительны, чем больше размеры указанных объектов.
Однако нарушение целостности (и, соответственно, заведомое формирование концентраторов напряжений) нежелательно даже для крупногабаритных дисков колес грузовых автомобилей и тракторов.
Такие нарушения можно исключить при использовании навесных электронных радиочастотных пломб (далее - ЭРП), которые широко распространены как средства дистанционного автоматизированного учета различных изделий и предотвращения их хищений или подделок при транспортировке, в розничной торговле, на ремонтных предприятиях и в ходе эксплуатации. Они обычно (но не обязательно) работают на частотах 125 кГц, 13,56 МГц, 315/433 МГц и 865 МГц.
Обзоры типичных конструкций ЭРП нетрудно найти в Интернете (см., например, ссылку: https://studref.com/321456/informatika/elektronnye_radiochastotnye_plomby).
По способности сигнализации различают:
активные ЭРП, которые имеют программируемые RFID-чипы и внутренние источники электропитания и потому могут самостоятельно сигнализировать о состоянии и перемещениях защищаемых объектов в следящем режиме,
полуактивные ЭРП, которые тоже имеют внутренние источники электропитания, но сигнализируют о состоянии и/или местоположении защищаемых объектов по внешним командам, и
пассивные ЭРП, RFID-чипы которых работают на запись и считывание идентификационной информации только по внешним командам за счет внешних источников энергии.
Активные и, в меньшей степени, полуактивные ЭРП являются дорогими изделиями. Их применение экономически оправдано только для защиты от хищений существенно более дорогих контролируемых объектов. Например, в ЕР 3064678 раскрыто использование активной ЭРП в устройстве для предупреждения взлома контейнеров, которое обеспечивает дистанционный контроль в следящем режиме через спутниковые системы связи.
Пассивные ЭРП намного дешевле и потому могут быть использованы для поштучной маркировки и защиты от подделок или хищений товаров массового спроса. Такие ЭРП имеют, как минимум, радиопрозрачный корпус, размещенную в нем радиочастотную метку (то есть RFID-чип и антенну) и фиксатор корпуса на защищаемом объекте.
Наиболее близкий аналог предложенной далее ЭРП раскрыт в US 7202788. Известная электронная радиочастотная пломба содержит:
радиопрозрачный корпус (в оригинале - «головка») со сквозным отверстием;
размещенную в корпусе радиочастотную метку, включающую RFID-чип и антенну (обычно в виде электропроводной обмотки, охватывающей стенки сквозного отверстия);
фиксатор корпуса на защищаемом объекте в виде полосы из гибкого высокоупругого полимера, один конец которой жестко связан с корпусом, а второй конец в рабочем положении защемлен в упомянутом сквозном отверстии; и
встроенную (залитую или вклеенную) в эту гибкую упругую полосу линию передачи сигнала между RFID-чипом и антенной (в частности, в виде петли из тонкой медной проволоки, которая по существу служит одним из витков антенны).
В известной конструкции ЭРП защемлена с помощью храпового затвора, включающего несколько храповых зубьев на указанной полосе и неподвижную храповую собачку, роль которой играет одно из ребер на стыке стенок корпуса и сквозного отверстия.
Такие ЭРП удобны для постановки и потому нашли широкое применение.
Однако упругость храповых зубьев допускает отцепление ЭРП от защищаемых объектов и их повторное использование на незаконно произведенных (фальсифицированных) изделиях. При этом линия передачи сигнала, включенная между RFID-чипом и антенной, обычно разрывается, ибо медь значительно менее упруга, чем гибкие полимеры. Как следствие, записанная в память RFID-чипа идентификационная информация становится недоступной для считывания. Это затрудняет расследование дорожно-транспортных происшествий, связанных с повреждениями дисков, ибо не позволяет получать достоверные данные о подмененных дисках и сузить поле поиска мест и виновников подмены.
Сущность полезной модели
В основу полезной модели положена задача усовершенствованием структуры создать такую ЭРП, которая способна фиксировать факт разрыва линии передачи сигнала при сохранении доступности идентификационной записи для считывания.
Эта задача решена тем, что в электронной радиочастотной пломбе, содержащей радиопрозрачный корпус со сквозным отверстием, размещенную в корпусе радиочастотную метку, включающую RFID-чип и электрически связанную с ним антенну,
фиксатор пломбы на защищаемом объекте в виде гибкой упругой полосы, один конец которой жестко связан с корпусом, а второй конец в рабочем положении защемлен в упомянутом сквозном отверстии, и встроенную в указанную полосу линию передачи сигнала, согласно изобретательскому замыслу линия передачи сигнала подключена к RFID-чипу через триггер-защелку, а антенна связана с RFID-чипом независимо от линии передачи сигнала.
Триггеры-защелки широко известны (http://digteh.ru/CVT/trigg/). Они способны однократно изменять исходное информационное состояние на противоположное (например, единицу на ноль, или наоборот) при воздействии на вход сигнала. Предложенная электрическая схема электронной радиочастотной пломбы придает такому триггеру функцию индикатора целостности, который позволяет выявить незаконное (повторное) использование пломбы и при этом сохранить доступность идентификационной записи для считывания.
Дополнительное отличие состоит в том, что антенна выполнена в виде диполя. Это позволяет повысить дальность считывания метки и упростить индикацию нарушения целостности.
Краткое описание чертежа
Далее сущность полезной модели поясняется подробным описанием ее конструкции и способа применения со ссылками на чертежи, где изображены на:
фиг. 1 - электронная радиочастотная пломба для колесных дисков (продольный разрез);
фиг. 2 - ЭРП для колесных дисков в собранном виде (аксонометрическая проекция);
фиг. 3-пример навески ЭРП на колесный диск.
Наилучшие варианты осуществления полезной модели
Электронная радиочастотная пломба для колесных дисков имеет (см. фиг. 1):
радиопрозрачный корпус 1, который изготовлен из упругого электроизоляционного полимера типа высокопрочного полиэтилена или полипропилена и имеет сквозное отверстие 2;
размещенную в корпусе 1 радиочастотную метку, включающую RFID-чип 3 и электрически связанную с ним антенну 4,
фиксатор пломбы на колесном диске в виде гибкой упругой полосы 5, один конец которой жестко связан с корпусом 1 (в частности, запрессован в него или является его продолжением), а второй конец в рабочем положении защемлен в сквозном отверстии 2, и
встроенную в полосу 5 линию 6 передачи сигнала, которая подключена к RFID-чипу 3 через триггер-защелку 7.
Как видно на чертежах, антенна 4 связана с RFID-чипом 3 независимо от линии 6 передачи сигнала. Предпочтительно, чтобы антенна 4 имела вид диполя.
Триггер-защелка 7 может быть частью современных RFID-чипов, например, типа «UCode G2iL+» или «G2iM+», которые серийно поставляет компания NXP Semiconductors (Нидерланды). Функцию указанных микрочипов, реализующую работу триггера-защелки, в иностранной литературе именуют функцией «tamper-proof».
Размеры корпуса 1 ЭРП определяются габаритными размерами антенны 4 и могут составлять 40…50 мм в длину и 17…25 мм в ширину. Длину полосы 5 со встроенной линией 6 передачи сигнала подбирают по размерам колесных дисков, подлежащих маркировке.
Для защемления пломбы на колесном диске полоса 5 может быть оснащена несколькими храповыми зубьями, как это описано выше. Однако предпочтительно, чтобы эта полоса 5 имела шероховатую поверхность, а в сквозном отверстии 2 корпуса 1, по меньшей мере, одна из внутренних стенок имела упругий выступ 8, как показано на фиг. 1. В рабочем положении (см. фиг. 2) выступ 8 будет служить тормозом, который затрудняет извлечение полосы 5 из отверстия 2 и обеспечивает разрыв линии 6 передачи сигнала в случае снятия пломбы.
Описанная ЭРП работает следующим образом.
Пломбируемый диск охватывают полосой 5, продевают ее концевую часть в отверстие 2 корпуса 1 и затягивают до упора, как это показано на фиг. 3. В таком виде опломбированные колесные диски передают в торговую сеть.
На этапе эксплуатации диска после окончательного монтажа колеса пломба оказывается внутри полости бескамерной шины (или зажимается между поверхностью диска и камерой шины) и сохраняется в таком виде до окончания эксплуатации диска.
Идентификационную информацию и данные об исходном состоянии триггера-защелки 7 записывают на RFID-чип 3 через радиоканал, работающий, как правило, в диапазоне частот 860-960 МГц, либо перед установкой, либо сразу после установки пломбы на диск. Часть такой информации (наименование изготовителя дисков, номер партии, номер диска в партии, дата выпуска, товарный знак изготовителя и/или знак обслуживания уполномоченного учреждения-контролера) может быть продублирована (желательно в штриховом коде или в ином закодированном виде) на корпусе 1.
В ходе контроля через радиоканал считывают идентификационную информацию, определяют фактическое состояние триггера-защелки 7 и сравнивают его с исходным состоянием.
Если целостность пломбы не была нарушена, то при считывании фактическое и исходное состояния триггера-защелки 7 совпадают, и диск допускается к продаже или монтажу.
Если целостность пломбы была нарушена с разрывом линии 6 передачи сигнала, то значение бита триггера-защелки 7 в начале опроса необратимо изменяется с «1» на «0» (или наоборот) и не может быть возвращено в исходное состояние даже при восстановлении линии 6. При этом радиочастотная метка сохраняет работоспособность и при считывании RFID-чип 3 передает через антенну 4 сигнал тревоги (tagtamperalarm).
Считывание идентификационной информации возможно как индивидуально с каждой отдельной ЭРП, так и одновременно с нескольких таких пломб.
Промышленная применимость
Предложенная электронная радиочастотная пломба может быть массово изготовлена из доступных материалов и комплектующих и широко использована для маркировки дисков пневматических колес транспортных средств.