电子防盗标签检测系统Q值稳定性分析

李佳骏，杨成忠，杨志凯，黄 林

(杭州电子科技大学自动化学院，浙江杭州310018)

0 引言

随着商家对电子防盗系统(Electronic Article Surveillance，EAS)的广泛应用，电子防盗标签的品质好坏直接关系到商家的利益［1］。由此，电子防盗标签检测系统对影响标签品质的各项因素的稳定性检测就显得尤为重要。目前，国内、外电子标签的生产厂商对标签的检测，还是依靠工人的经验来保证质量，能够利用标签检测系统经行检测研究的相对较少。本文是基于电子防盗标签检测系统的原理，并利用实验和matlab仿真的手段分析了3种影响参数稳定的因素，最后提出了通过利用滤波的手段来改进系统，从而提高系统参数稳定性的方法。

1 电子防盗标签检测系统理论研究

电子标签的外形各异，但是大部分标签内部都是由一个电容和一个电感组成的LC回路，只有小部分标签内部是以磁性铁芯组成的。本文主要以内部为LC回路的电子标签作为研究对象，为了方便研究，等效处理实物图后，可得等效图如图1所示。

图1 电子标签等效电路

图1中L为线圈电感值，C为电容值，R为线圈内阻。由电路可知一下阻抗表达式［2］:

式中，ω为角频率，当ωL-1/ωC=0时，LC回路表现为纯电阻特性，阻抗|Z|为最小，电流达到最大值，回路将产生谐振，由此可得谐振的角频率、转换为谐振频率为［2］:

当发生谐振时，LC回路就具有选频特性。除中心频率之外，还有一个体现电路选频特性的好坏程度的重要参数，那就是品质因素Q值，由电路分析可知，Q值越大，曲线越尖锐，选频特性越好。Q值的定义为:

由于L、R、C是电子标签的内部参数，无法具体测量，所以考虑间接的测量方式来计算Q值。对于谐振曲线，总能找到上、下两个半功率点，据此，得到另一个Q值计算方法:

式中，f为LC串联回路谐振频率，f1和f2分别为上半功率点频率和下半功率点频率。本文所研究电子防盗标签检测系统的理论基础和计算方法就是，首先在检测区域内设置某一频率范围内的稳定磁场，当有标签通过时，标签中的电感就会与磁场发生耦合，当两者频率相同时就会产生谐振，并得到谐振频率，根据谐振频率可得半功率点，最后根据式5求得Q值。

2 电子防盗标签检测系统Q值稳定性分析

由式5可知，f和△f直接影响Q值的稳定性，所以，研究Q值的稳定性可以通过分析f和△f的稳定性来得到。首现，分析f的稳定性。选用中心频率为8.2MHz的标签，采集200个最大频率值，从采集到的数据分析可得，f的变化范围基本维持在8.142-8.144之间，相对变化率很小，表现稳定，所以f对Q值的影响很小。接下来分析△f的稳定性，通过采样100个采样点，△f的变化范围为0.075±0.005，相对变化量为7.14% ，△f的相对变化率还是比较大的，所以从以下3个方面来分析。观察什么因素对△f影响较大，从而改进系统，使得系统能有较稳定的Q值。

不同放大倍数对稳定性的影响，对接收到的信号经行了放大处理，从信号放大处理的阶段分析△f的变化，观察不同的放大倍数是否对△f有较大影响。在这个环节中，利用微调电阻对输出信号放大倍数经行调节，随着信号放大倍数的增加，电压幅值在不断增大，但是通过计算，△f的变化始终维持在0.08-0.09，相对变化率较小。由此可得，信号放大倍数对△f的影响并不是很大。所以，放大倍数的变化对Q值的影响并不是很大，在检测系统中，只要保持一定的放大倍数即可。

标签和传感器相对位置对稳定性的影响，本文从标签与传感器的相对位置的角度，观察不同的位置是否对△f有较大影响。在这个环节，把标签分别放在离接收线圈0mm、5mm、10mm、15mm的位置，检测对应位置的电压幅值，计算△f的值。通过实验，得到以下数据如图2所示:

图2 不同位置下Δf的实验值

滤波算法对系统稳定性的影响，最后，从软件的角度来分析，在程序中，对信号分别经行了滑动均值滤波和尖峰脉冲滤波两种滤波方式。首现简单介绍两种滤波方式的原理。

滑动均值滤波的原理:首先通过扫频芯片产生1000个扫频点，并采集相应幅值，分别记为x(i)，接下来，对采集到的数据做4点滑动均值滤波处理，其均值算法如下:

对前后各32个采样点数据求均值，分别记为a1，a2

对大脉冲经行滤波处理，首先设定本系统的幅值阈值value=60，(1)当x(i)-a〈value时，x(i)=a+value，(2)当 x(i)-a〈 -value时，x(i)=a-value。在了解了两种滤波的基本原理后，本文对同一标签各测试5组数据，然后取5组数据的平均值。通过比对滤波前后的数据得到数据如图3所示，观察滤波对Δf的影响。

在图3中，曲线1代表滤波后的数据采样图，曲线2代表滤波前的数据采样图。从图3中可知，滤波前后，Δf从0.08变为0.154，相对变化率较大。所以，滤波对Q值的不稳定造成了较大影响，而且，滤波处理明显使Q值有了更好的表现。所以，在系统软件方面，应该加入滤波处理，使得系统Q值更加稳定。

图3 Δf在滤波前后对比图

3 结束语

本文通过实验，matlab仿真很好的分析了影响Q值稳定性的3种因素，明确的给出了3种因素各自对Q值稳定性影响的大小。最终确定了通过加入滤波的方式，提升系统性能，使Q值有更好的表现。

［1］ 李云胜.射频EAS系统的关键技术［J］.电子技术应用，2009，35(6):69-71.

［2］ 孙正捷，杨成忠，薛凌云.基于嵌入式技术的电子标签质量检测系统［J］.杭州电子科技大学学报，2007，27(1):73-76.

［3］ 岳士弘.脉冲噪声的模糊滤波［J］.浙江大学学报(工学版)，2002，27(5):343-346.

［4］ Zhang Yanbin，Liu Qin.Design and Realization of Pulsed Electronic Article Surveillance System［J］.IEEE Intelligent Computation Technology and Automation，2011，31(2):28-29.

［5］ 郭龙刚，刘兆魁.基于Matlab/Simulink的电力电子电路仿真［J］.河南科技大学学报(自然科学版)，2005，26(5):42-45.

［6］ 李珣，杨成忠，任云，等.基于LabVIEW的电子防盗标签分拣系统设计［J］.自动化技术与应用，2005，32(8):37-38.