RFID标签 | 感知环境中的化学物质和气体

2019-12-06 11:49:26 248

   麻省理工学院自动识别实验室(Auto-ID Lab)长期以来一直处于RFID技术的最前沿。 该实验室将传感器功能集成到rfid标签中,开发了一种超高频(uhf)频段的rfid标签,可以测量葡萄糖浓度并转发信息。

  未来,研究小组计划使用rfid标签来检测环境中的化学物质和气体,比如一氧化碳。 参与这项研究的麻省理工学院机械工程研究生Sai Nithin Reddy Kantaredy说,研究人员长期以来一直在寻求通过在大型廉价检测网络上放置敏感的射频识别标签来扩展射频识别能力,以检测一氧化碳或氨。没有电池。 

  Kantareddy和研究科学家Rahul Bhattacharya以及麻省理工学院开放学习副总裁兼Daniel FortFlowers的机械工程教授SanjaySarma开发了新的RFID标签。

 据Sarma称,RFID标签是最便宜,功耗最低的RF通信工具。因此,RFID标签融合感知是物联网研究的里程碑。 多径干扰在天线中心设计中是不可避免的 以前,rfid标签有多种类型,包括带电池的主动式rfid和不带电池的被动式rfid。两个标签都包含一个小天线,用户可以通过阅读器读取标签中微芯片上的信息。主动式射频识别标签不需要外部电源,而被动式射频识别标签通过读取器发出的微波获取能量。 研究人员一直试图将传感功能纳入被动RFID标签。


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  这项工作的主要方向包括研制能够对环境中的特定因素作出反应的天线,然后天线以不同的频率或不同的信号强度向读取器发送数据,表明已经检测到某些物质。 例如,Sarma团队之前为RFID标签设计了一种天线,可以在不同的湿度水平下传输不同波形的信号。他们还设计了RFID标签,可以通过粘附在血管上来感知贫血症。 然而,kantareddy认为这种特殊响应天线的一个弱点是多径干扰。也就是说,读取器不仅接收来自rfid标签的直接响应信号,而且还接收直接响应信号通过环境反射到达读取器的多路径信号。多路径信号会干扰信息的正常接收,导致误报或漏报。 基于芯片的新型设计 sarma的团队在芯片上采取了不同的策略。他们购买的rfid芯片在市场上可以在半主动模式(电池但不是主动模式)和被动模式下工作,然后添加标准天线。然后,他们在商用芯片上安装了一个新的芯片,允许芯片组激活半主动的rfid模式,并且只在特定的环境刺激下传输一组特定的信号。该信号不同于被动式rfid模式下的信号,能够可靠地通知接收者环境中存在特定物质。 Kantareddy说,该方案比基于天线的传感RFID技术更可靠,而且用户不容易受到多径效应的干扰。

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  接下来,研究小组将通过研究新的数据格式和增强发射信号的功率,进一步提高传输数据的可靠性,减少误报的可能性。 Bhattacharyya强调,新解决方案还解决了基于天线的RFID传感技术的一个主要问题 - 大量RFID标签同时传输的相互干扰。之前被大量短距离无源标签发送的信号混淆的用户现在可以将阅读器放在远处,并且只有在环境中出现特定物质时,阅读器才会发出警报。 即插即用型传感器 在演示实验中,研究小组演示了一种基于商用葡萄糖传感器的利福葡萄糖传感器。当葡萄糖接触标签时,传感器中的电解液会发生化学反应产生电能,从而为rfid提供额外的能量。 然后,rfid标签脱离被动模式,转换为半主动模式。葡萄糖下降越多,半活性模式持续的时间就越长。 Kantareddy说,一旦用户收到半主动模式的信号,他就可以知道标签上已经发现了葡萄糖。用户可以根据半主动模型的持续时间进一步确定葡萄糖含量。 当然,新型RFID葡萄糖检测器的性能现在可与市场上尚未成熟的成熟葡萄糖检测器相媲美。 Kantareddy表示,该团队的主要目标不是开发葡萄糖探测器,而是表明新的RFID探测器可以比传统的基于天线的RFID探测器更可靠地传输信号。

 另外,这种新型的rfid检测器效率更高,一方面由于rfid标签在没有感应到目标物质的情况下是被动工作的,不消耗电能;另一方面,环境中的目标物质在接触到探测器,所以发送信号的过程只消耗很少的电池。 目前,新的rfid标签发出的信号可以在10米外接收,而现有技术只能保证在1-2米外接收。 接下来,研究小组计划开发一种一氧化碳探测器。Kantareddy指出,基于天线的RFID传感器的设计是为了重新设计每个特定目标材料的天线。而新的设计不需要更换天线,只需添加检测芯片的目标材料。因此,新型的射频识别传感器可以对锅炉、燃气管道等关键系统进行低成本、大面积的“即插即用”监控。 

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