工業(yè)物聯(lián)網中的自供電傳感技術——超高頻RFID

　　根據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)網市場的總和預計將達到11.1萬億美元。物聯(lián)網應用的急劇擴展已經引發(fā)了一些與為物聯(lián)網設備供電的電池相關的問題——不僅是在可持續(xù)性和環(huán)境保護方面，且從可預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。正如聯(lián)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(lián)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(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。

　　當今的制造系統(tǒng)使用存儲在RFID標簽中的數據來實現(xiàn)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(xiàn)代供應鏈的“精益”流程做出了廣泛貢獻。與現(xiàn)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(huán)境光、電氣連續(xù)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(tǒng)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(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據，并將其轉發(fā)到更高級別的系統(tǒng)。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(fā)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(huán)境中也適用。

　　工業(yè)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(fā)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(yè)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(tǒng)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(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(fā)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(jiān)測結構，從而為利益相關者帶來安心。

　　重工業(yè)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(fā)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(yè)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(jiān)測結構。(來源：Asygn)

　　除了工業(yè)應用，開發(fā)人員還瞄準了農業(yè)和醫(yī)療保健領域的用例。內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備中，應變或溫度偏差可以發(fā)現(xiàn)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(yè)界已經完全接受了物聯(lián)網�，F(xiàn)在的任務是使工業(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技術正在指明道路。