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RFID标签感知环境中的化学物质和气体

时间:2019-09-12
麻省理工学院自动化标识实验室(Auto-ID Lab)长期以来一向处于 RFID 技能的研制前沿。
实验室将传感器功用融入 RFID 标签,研制出一种工作在超高频(UHF)波段的 RFID 标签,能测量葡萄糖浓度,并将信息转宣布来。在未来,该团队方案用该RFID标签来感知环境中的化学物质和气体,比方一氧化碳。
参加研讨的麻省理工学院机械工程研讨生 Sai Nithin Reddy Kantareddy 表明,长期以来,研讨人员一向试图拓宽 RFID 的功用,将具有传感才能的 RFID 标签贴在各个地方,组成巨大的低价勘探网络,用来勘探一氧化碳或许氨气,而无需电池供电。
Kantareddy 与研讨科学家 Rahul Bhattacharya,以及麻省理工学院开放学习副总裁兼 Daniel Fort Flowers 机械工程教授 Sanjay Sarma 共同开发了这款新式 RFID 标签。
Sarma 表明,RFID 标签是最低价、最低功耗的射频通讯工具。因而,RFID 标签交融传感功用,是物联网研讨的一项里程碑。
以天线为中心的规划难逃多径搅扰
之前,RFID 标签有多种类型,包括自带电池的自动 RFID 和不带电池的被迫 RFID。两种标签都包括一个小天线,用户能够经过阅读器读取标签中微型芯片中的信息。自动 RFID 标签无需外部供能,而被迫 RFID 标签经过阅读器发射的微波获取能量。
研讨人员一向试图在被迫 RFID 标签中融入传感功用。尽力的方向主要包括研制能够对环境中的特定因子做出反应的天线,然后,天线向阅读器发送不同频率或许不同信号强度的数据,表明勘探到了某种物质。
例如,Sarma 团队之前规划了一款 RFID 标签用的天线,会在不同的湿度下用不同的波形传输信号。他们还规划了能经过紧贴血管感知贫血的 RFID 标签。
然而,Kantareddy 以为,这种特定反应天线有一个弱点,便是多径搅扰(multipath interference)。即阅读器接纳到的不仅是来自 RFID 标签的直接应对信号,还有直接应对信号经过环境反射抵达阅读器的多径信号。多径信号会搅扰信息的正常接纳,导致虚警或许漏警。
根据芯片的新式规划
Sarma 团队另辟蹊径,在芯片上做文章。他们在市面上采购了能在半自动(拥有电池,但不自动发射信号)和被迫两种形式下工作的 RFID 芯片,然后为其加上标准天线。接着,他们在市售芯片上附加了规划的新芯片,使得芯片组只要在特定环境影响下才激活半自动 RFID 形式,发射一组特定信号。该信号与被迫 RFID 形式下的信号不同,能牢靠地通知接纳者环境中呈现了某种特定物质。
Kantareddy 表明,这种方案比根据天线的传感 RFID 技能愈加牢靠,用户不易受到多径效应的搅扰。接下来,团队将致力于经过研讨新的数据格式和增强发射信号的功率,进一步进步发送数据的牢靠性,下降误报警可能性。
Bhattacharyya 强调,新方案还处理了根据天线的 RFID 传感技能面对的一大问题——很多 RFID 标签同时发射时的彼此搅扰。之前被很多短距离被迫标签宣布的信号搞得困惑不已的用户,现在能够把阅读器放在远处,只要当环境中的确呈现特定物质时,阅读器才会宣布警报。
即插即用型传感器
在演示实验中,研讨团队展示了一款根据市售葡萄糖传感器打造的 RFID 葡萄糖传感器。在葡萄糖接触到标签时,传感器中的电解质发作化学反应,发生电能,给 RFID 供给额外能量。
接着,RFID 标签脱离被迫形式,转换为半自动形式。滴加的葡萄糖越多,半自动形式持续的时刻就越长。
Kantareddy 表明,用户一接到半自动形式的信号,就能够知道标签现已发现葡萄糖。用户还能够进一步依据半自动形式的持续时刻,来测定葡萄糖含量。
当然,现在新式 RFID 葡萄糖勘探器的功能还比不上市售的老练葡萄糖勘探器。Kantareddy 表明,现在团队的主要方针不是研制葡萄糖勘探器,而是展示,新式 RFID 勘探器能够比传统的根据天线的 RFID 勘探器更牢靠地发送信号。
此外,新式 RFID 勘探器的功率更高,由于一方面,在没有感测到方针物质时,RFID 标签工作在被迫形式,并不耗电;另一方面,环境中的方针物质本身在接触勘探器时也会发生能量,因而发送信号的进程消耗电池并不多。
现在,新式 RFID 标签发射的信号能够在 10 米外接纳,而现有技能只能确保 1-2 米外的接纳。
接下来,团队方案研制一种一氧化碳检测器。Kantareddy 指出,根据天线的 RFID 传感器规划,对于每种特定的方针物质,都要重新规划天线。而新规划无需更换天线,只需加入方针物质的检测芯片。因而,新式 RFID 传感器能够低成本大面积布置,用来对锅炉、输气管等要害系统进行“即插即用”式的监测。

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