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工业物联网中的自供电传感技术——超高频RFID

发布时间:2022/9/20 9:16:17编辑:Ma Liang
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        根据Prudour研究人员2020年的一份报告,到2025年,消费者和工业物联网市场的总和预计将达到11.1万亿美元。物联网应用的急剧扩展已经引发了一些与为物联网设备供电的电池相关的问题——不仅是在可持续性和环境保护方面,且从可预测性和成本的角度来看。因此,工业4.0的开发人员正在寻找无电池的解决方案。这就是超高频RFID技术发挥作用的地方,如RAIN RFID联盟所采用的方法。

        RAIN既是一个行业联盟,就像蓝牙SIG和Wi-Fi联盟,也是一项技术。正如联盟网站上所描述的,RAIN旨在向超高频射频识别(RFID)和云之间的链接,基于RFID的数据可以通过互联网存储、管理和共享。RAIN RFID解决方案使用阅读器来读写带标签的物品、管理数据并采取行动。联盟的成员资格向任何对无源超高频RFID  感兴趣的组织开放。

        当今的制造系统使用存储在RFID标签中的数据来实现更灵活和更高效的定制产品。RFID技术在工厂车间的应用导致了更高水平的自动化和标准化,并为现代供应链的“精益”流程做出了广泛贡献。与现有的识别技术,如有源标签和条形码相比,无源RFID标签不需要自己的电源,也不需要视线来操作。

       由于其是一项新兴技术,目前很少有利益相关方能够提供将无源RFID芯片转换为RAIN RFID所需的智能传感设备的解决方案。这些IC系列可以完全被动地测量温度、湿度、运动、环境光、电气连续性和材料延展性等参数,无需额外的组件,并且还可以将采集的数据传输到5到10米范围内的传统RAIN RFID阅读器。

无需特殊的硬件/软件
       从芯片到阅读器的数据传输仅需几毫秒,并且完全符合当前的EPCGen2协议。对用户的好处是不需要特殊的硬件或软件来获取和处理测量值。目前市场上可用的阅读器可以捕获和解释来自芯片的数据,并将其转发到更高级别的系统。例如,在将基于芯片的标签集成到物流应用程序中时,可以将资产ID和EPC编号与传感器数据一起捕获。

       嵌体可转换为多种转发器格式,从灵活的标签到硬标签。经典的封装版本,如QFN集成传感器IC,即使在恶劣的环境中也适用。
工业4.0中使用的通信技术比较(来源:Asygn)
预测性维护应用

       据Prudour称,由于无电池技术的进步以及对研发活动的更加重视,预计全球无电池RFID传感器市场将以13.3%的复合年增长率增长,到2030年将达到2.099亿美元。

       传感器IC已经被用于许多工业案例中,如检测管道变形。在这些案例中,以前需要基于应变计的传统传感器解决方案,或者根本没有合适的解决方案。

       通常,标准应变仪需要信号调理电路、模数转换器和通信设备将数据传输或提供到PC。现在,所有必要的组件都可以组合在一个芯片上,并且可以通过超高频射频识别进行通信。既不需要电池,也不需要外部传感器

       一个广泛的通用案例是预测性维护,其可以预测磨损或故障,使维护技术人员能够专注于关键问题,并生成大量数据以构建预测模型。金属上层建筑,如桥梁和大型建筑物,是此类技术的绝佳候选者。工作人员可以在发生灾难性故障之前进行维修,可能这类灾难性故障会导致费用,需要昂贵的维修费用,甚至在最糟糕的情况下会导致人员受伤。在制造时将自由功率传感器嵌入混凝土块中,可以实时访问温度或湿度等关键参数,让建筑商、建筑管理人员和建筑用户能够随着时间的推移监测结构,从而为利益相关者带来安心。

       重工业设备制造商也热衷于将这项技术应用于,检测水电或风力发电应用中的涡轮叶片过热等领域。压力传感器也可用于工业气瓶,以防止爆炸或火灾。另一个新兴案例是将芯片集成到弹性体中,例如,通过嵌入轮胎的压力传感器来测量车辆的重量或负载。
将自由功率传感器嵌入混凝土中将能够实时访问关键参数,
以便随着时间的推移监测结构。(来源:Asygn)

       除了工业应用,开发人员还瞄准了农业和医疗保健领域的用例。内置读取器的无人机可以监测温室和野外的温度、湿度和光照条件。安装了耳标签的牲畜可以在田间跟踪,并可以监测其体温以检测疾病。通过将RFID传感器集成到假肢设备中,应变或温度偏差可以发现故障,以便技术人员可以通过修复或更换有缺陷的假肢来帮助患者,以免造成问题。

       工业界已经完全接受了物联网。现在的任务是使工业4.0解决方案更精简、更高效,以最大限度地提高投资回报率,而无电池超高频RFID技术正在指明道路。

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