工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的自供電傳感技術(shù)——超高頻RFID

　　根據(jù)Prudour研究人員2020年的一份報(bào)告，到2025年，消費(fèi)者和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場的總和預(yù)計(jì)將達(dá)到11.1萬億美元。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的急劇擴(kuò)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(hù)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(gè)行業(yè)聯(lián)盟，就像藍(lán)牙SIG和Wi-Fi聯(lián)盟，也是一項(xiàng)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(shí)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(chǔ)、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(dòng)。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(chǔ)在RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)來實(shí)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(dòng)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(xiàn)。與現(xiàn)有的識(shí)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(xiàng)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(dòng)地測量溫度、濕度、運(yùn)動(dòng)、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(jí)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(shí)，可以將資產(chǎn)ID和EPC編號(hào)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(hù)應(yīng)用

　　據(jù)Prudour稱，由于無電池技術(shù)的進(jìn)步以及對研發(fā)活動(dòng)的更加重視，預(yù)計(jì)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(dá)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(jì)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(hào)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(gè)芯片上，并且可以通過超高頻射頻識(shí)別進(jìn)行通信。既不需要電池，也不需要外部傳感器。

　　一個(gè)廣泛的通用案例是預(yù)測性維護(hù)，其可以預(yù)測磨損或故障，使維護(hù)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(jìn)行維修，可能這類災(zāi)難性故障會(huì)導(dǎo)致費(fèi)用，需要昂貴的維修費(fèi)用，甚至在最糟糕的情況下會(huì)導(dǎo)致人員受傷。在制造時(shí)將自由功率傳感器嵌入混凝土塊中，可以實(shí)時(shí)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(shí)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(xiàng)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(gè)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(fù)載。

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

　　以便隨著時(shí)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(jī)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)�，F(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(bào)率，而無電池超高頻RFID技術(shù)正在指明道路。