工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的自供電傳感技術(shù)——超高頻RFID
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的自供電傳感技術(shù)——超高頻RFID 2022-09-22 08:57:49 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的自供電傳感技術(shù)——超高頻RFID 0

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根據(jù)Prudour研究人員2020年的一份報告,到2025年,消費者和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場的總和預(yù)計將達到11.1萬億美元。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的急劇擴展已經(jīng)引發(fā)了一些與為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電的電池相關(guān)的問題——不僅是在可持續(xù)性和環(huán)境保護方面,且從可預(yù)測性和成本的角度來看。因此,工業(yè)4.0的開發(fā)人員正在尋找無電池的解決方案。這就是超高頻RFID技術(shù)發(fā)揮作用的地方,如RAIN RFID聯(lián)盟所采用的方法。

RAIN既是一個行業(yè)聯(lián)盟,就像藍牙SIG和Wi-Fi聯(lián)盟,也是一項技術(shù)。正如聯(lián)盟網(wǎng)站上所描述的,RAIN旨在向超高頻射頻識別(RFID)和云之間的鏈接,基于RFID的數(shù)據(jù)可以通過互聯(lián)網(wǎng)存儲、管理和共享。RAIN RFID解決方案使用閱讀器來讀寫帶標(biāo)簽的物品、管理數(shù)據(jù)并采取行動。聯(lián)盟的成員資格向任何對無源超高頻RFID 感興趣的組織開放。

當(dāng)今的制造系統(tǒng)使用存儲在RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)更靈活和更高效的定制產(chǎn)品。RFID技術(shù)在工廠車間的應(yīng)用導(dǎo)致了更高水平的自動化和標(biāo)準(zhǔn)化,并為現(xiàn)代供應(yīng)鏈的“精益”流程做出了廣泛貢獻。與現(xiàn)有的識別技術(shù),如有源標(biāo)簽和條形碼相比,無源RFID標(biāo)簽不需要自己的電源,也不需要視線來操作。

由于其是一項新興技術(shù),目前很少有利益相關(guān)方能夠提供將無源RFID芯片轉(zhuǎn)換為RAIN RFID所需的智能傳感設(shè)備的解決方案。這些IC系列可以完全被動地測量溫度、濕度、運動、環(huán)境光、電氣連續(xù)性和材料延展性等參數(shù),無需額外的組件,并且還可以將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?到10米范圍內(nèi)的傳統(tǒng)RAIN RFID閱讀器。

無需特殊的硬件/軟件

從芯片到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸僅需幾毫秒,并且完全符合當(dāng)前的EPCGen2協(xié)議。對用戶的好處是不需要特殊的硬件或軟件來獲取和處理測量值。目前市場上可用的閱讀器可以捕獲和解釋來自芯片的數(shù)據(jù),并將其轉(zhuǎn)發(fā)到更高級別的系統(tǒng)。例如,在將基于芯片的標(biāo)簽集成到物流應(yīng)用程序中時,可以將資產(chǎn)ID和EPC編號與傳感器數(shù)據(jù)一起捕獲。

嵌體可轉(zhuǎn)換為多種轉(zhuǎn)發(fā)器格式,從靈活的標(biāo)簽到硬標(biāo)簽。經(jīng)典的封裝版本,如QFN集成傳感器IC,即使在惡劣的環(huán)境中也適用。

工業(yè)4.0中使用的通信技術(shù)比較(來源:Asygn)

預(yù)測性維護應(yīng)用

據(jù)Prudour稱,由于無電池技術(shù)的進步以及對研發(fā)活動的更加重視,預(yù)計全球無電池RFID傳感器市場將以13.3%的復(fù)合年增長率增長,到2030年將達到2.099億美元。

傳感器IC已經(jīng)被用于許多工業(yè)案例中,如檢測管道變形。在這些案例中,以前需要基于應(yīng)變計的傳統(tǒng)傳感器解決方案,或者根本沒有合適的解決方案。

通常,標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變儀需要信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和通信設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸或提供到PC?,F(xiàn)在,所有必要的組件都可以組合在一個芯片上,并且可以通過超高頻射頻識別進行通信。既不需要電池,也不需要外部傳感器。

一個廣泛的通用案例是預(yù)測性維護,其可以預(yù)測磨損或故障,使維護技術(shù)人員能夠?qū)W⒂陉P(guān)鍵問題,并生成大量數(shù)據(jù)以構(gòu)建預(yù)測模型。金屬上層建筑,如橋梁和大型建筑物,是此類技術(shù)的絕佳候選者。工作人員可以在發(fā)生災(zāi)難性故障之前進行維修,可能這類災(zāi)難性故障會導(dǎo)致費用,需要昂貴的維修費用,甚至在最糟糕的情況下會導(dǎo)致人員受傷。在制造時將自由功率傳感器嵌入混凝土塊中,可以實時訪問溫度或濕度等關(guān)鍵參數(shù),讓建筑商、建筑管理人員和建筑用戶能夠隨著時間的推移監(jiān)測結(jié)構(gòu),從而為利益相關(guān)者帶來安心。

重工業(yè)設(shè)備制造商也熱衷于將這項技術(shù)應(yīng)用于,檢測水電或風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用中的渦輪葉片過熱等領(lǐng)域。壓力傳感器也可用于工業(yè)氣瓶,以防止爆炸或火災(zāi)。另一個新興案例是將芯片集成到彈性體中,例如,通過嵌入輪胎的壓力傳感器來測量車輛的重量或負載。

將自由功率傳感器嵌入混凝土中將能夠?qū)崟r訪問關(guān)鍵參數(shù),

以便隨著時間的推移監(jiān)測結(jié)構(gòu)。(來源:Asygn)

除了工業(yè)應(yīng)用,開發(fā)人員還瞄準(zhǔn)了農(nóng)業(yè)和醫(yī)療保健領(lǐng)域的用例。內(nèi)置讀取器的無人機可以監(jiān)測溫室和野外的溫度、濕度和光照條件。安裝了耳標(biāo)簽的牲畜可以在田間跟蹤,并可以監(jiān)測其體溫以檢測疾病。通過將RFID傳感器集成到假肢設(shè)備中,應(yīng)變或溫度偏差可以發(fā)現(xiàn)故障,以便技術(shù)人員可以通過修復(fù)或更換有缺陷的假肢來幫助患者,以免造成問題。

工業(yè)界已經(jīng)完全接受了物聯(lián)網(wǎng)。現(xiàn)在的任務(wù)是使工業(yè)4.0解決方案更精簡、更高效,以最大限度地提高投資回報率,而無電池超高頻RFID技術(shù)正在指明道路。

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