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            工業物聯網中的自供電傳感技術——超高頻RFID

            2022-09-16 09:19 千家網

            導讀:RFID技術在工廠車間的應用導致了更高水平的自動化和標準化,并為現代供應鏈的“精益”流程做出了廣泛貢獻。

            根據Prudour研究人員2020年的一份報告,到2025年,消費者和工業物聯網市場的總和預計將達到11.1萬億美元。物聯網應用的急劇擴展已經引發了一些與為物聯網設備供電的電池相關的問題——不僅是在可持續性和環境保護方面,且從可預測性和成本的角度來看。因此,工業4.0的開發人員正在尋找無電池的解決方案。這就是超高頻RFID技術發揮作用的地方,如RAIN RFID聯盟所采用的方法。

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

            當今的制造系統使用存儲在RFID標簽中的數據來實現更靈活和更高效的定制產品。RFID技術在工廠車間的應用導致了更高水平的自動化和標準化,并為現代供應鏈的“精益”流程做出了廣泛貢獻。與現有的識別技術,如有源標簽和條形碼相比,無源RFID標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,目前很少有利益相關方能夠提供將無源RFID芯片轉換為RAIN RFID所需的智能傳感設備的解決方案。這些IC系列可以完全被動地測量溫度、濕度、運動、環境光、電氣連續性和材料延展性等參數,無需額外的組件,并且還可以將采集的數據傳輸到5到10米范圍內的傳統RAIN RFID閱讀器。

            無需特殊的硬件/軟件

            從芯片到閱讀器的數據傳輸僅需幾毫秒,并且完全符合當前的EPCGen2協議。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據,并將其轉發到更高級別的系統。例如,在將基于芯片的標簽集成到物流應用程序中時,可以將資產ID和EPC編號與傳感器數據一起捕獲。

            嵌體可轉換為多種轉發器格式,從靈活的標簽到硬標簽。經典的封裝版本,如QFN集成傳感器IC,即使在惡劣的環境中也適用。

            工業4.0中使用的通信技術比較(來源:Asygn)

            預測性維護應用

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

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

            通常,標準應變儀需要信號調理電路、模數轉換器和通信設備將數據傳輸或提供到PC?,F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測性維護,其可以預測磨損或故障,使維護技術人員能夠專注于關鍵問題,并生成大量數據以構建預測模型。金屬上層建筑,如橋梁和大型建筑物,是此類技術的絕佳候選者。工作人員可以在發生災難性故障之前進行維修,可能這類災難性故障會導致費用,需要昂貴的維修費用,甚至在最糟糕的情況下會導致人員受傷。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鍵參數,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測結構,從而為利益相關者帶來安心。

            重工業設備制造商也熱衷于將這項技術應用于,檢測水電或風力發電應用中的渦輪葉片過熱等領域。壓力傳感器也可用于工業氣瓶,以防止爆炸或火災。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實時訪問關鍵參數,

            以便隨著時間的推移監測結構。(來源:Asygn)

            除了工業應用,開發人員還瞄準了農業和醫療保健領域的用例。內置讀取器的無人機可以監測溫室和野外的溫度、濕度和光照條件。安裝了耳標簽的牲畜可以在田間跟蹤,并可以監測其體溫以檢測疾病。通過將RFID傳感器集成到假肢設備中,應變或溫度偏差可以發現故障,以便技術人員可以通過修復或更換有缺陷的假肢來幫助患者,以免造成問題。

            工業界已經完全接受了物聯網?,F在的任務是使工業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技術正在指明道路。


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