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面向振动与温度监测的RFID传感器设计

面向振动与温度监测的RFID传感器设计

作者：朱力重庆大学

学位级别：硕士

随着电力物联网以及智能电网的快速发展,新型传感技术在电网中的应用逐渐增加,而rfid(Radio Frequency Identification)技术与传感器技术相结合的方式受到了越来越多学者的关注。rfid传感技术在物流、医药、服装等行业的应用已经非常成... 详细信息

随着电力物联网以及智能电网的快速发展,新型传感技术在电网中的应用逐渐增加,而rfid(Radio Frequency Identification)技术与传感器技术相结合的方式受到了越来越多学者的关注。rfid传感技术在物流、医药、服装等行业的应用已经非常成熟,用于电力设备在线监测上的RFID传感器还为数不多,主要受限于RFID传感器功耗要求很低、以及芯片技术的制约导致无法监测电场磁场等电气参量,但其优点也很明显,使用过程中与电力设备无电气连接、成本较低、无需复杂的辅助电路等。基于此,本文设计了一种双天线通信的RFID传感器,并考虑传感数据传输过程中的碰撞问题,研究了基于ALOHA的防碰撞算法,以在运变压器为实验对象,基于Io T协议进行了变压器振动与温度的在线监测并在阿里云平台实现了数据监控。本文主要工作如下:(1)提出了一种采用双天线通信方案下的RFID传感器设计思路,两个天线接收射频能量,一个天线进行通信;基于阻抗匹配原理和巴伦电路设计原理,完成了射频前端天线到50Ω特性阻抗之间的匹配、单端射频信号到差分信号的转换;此外,为了提高RFID传感器的通信性能,采用一块金属铝板作为传感器底座,以此来增加天线能量辐射方向的集中程度。通过测试,验证了所设计的RFID传感器具有一定的实用性。(2)考虑到在变电站等场景使用RFID传感器时,会出现多个传感器同时通信并出现数据碰撞问题,研究了四种不同ALOHA算法的吞吐率、碰撞率、空闲率,确定出适用于变压器在线监测的算法为帧时隙ALOHA算法;并基于OPNET软件,仿真还原了rfid实际通信过程中的数据包碰撞情况,验证了选择帧时隙ALOHA的正确性。(3)分析了变压器振动与温度从内部传递到箱体的规律,并确定出使用RFID传感器对变压器进行在线监测时需要将监测点布置于低压侧;搭建了从RFID传感器到阅读器、边缘网关、Io T平台的传感数据传输通道,完成了数据通信协议及其数据包格式的控制;最后使用本文所设计的RFID传感器对一台在运变压器进行在线监测,分析所得到的振动信号,并在阿里云Io T平台上实现了振动与温度数据的在线监控。

关键词：在线监测双天线 RFID传感器 ALOHA算法通信协议

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集成双频无源RFID传感器标签设计

河北工业大学学报 2024年第3期53卷 1-7页

作者：李文虎李晨曦孟召宗高楠张宗华河北工业大学机械工程学院天津300401

针对超高频和高频RFID传感器由于各自测量距离和使用便捷性而导致应用场合的局限,提出一种集成超高频和高频的双频无源RFID传感器标签设计方法。首先,集成超高频和高频射频供电和数据收发模块,达到超高频和高频双频读写目的;其次,为提... 详细信息

针对超高频和高频RFID传感器由于各自测量距离和使用便捷性而导致应用场合的局限,提出一种集成超高频和高频的双频无源RFID传感器标签设计方法。首先,集成超高频和高频射频供电和数据收发模块,达到超高频和高频双频读写目的;其次,为提高双频RFID传感器标签在超高频模式下的读取距离,采用电荷泵对射频收发芯片输出电压进行升压管理以延长放电时间;然后,为增强传感器标签的通用性,将测量数据集成到高频NDEF消息和超高频用户数据段中。根据以上方法,设计了双频无源rfid温湿度传感器标签。同时搭建了实验平台对电荷泵提升读取距离的可行性和传感器标签功能进行了实验验证。实验结果表明:该传感器标签可以同时支持超高频和高频2种读取模式;使用电荷泵升压能量管理有效提升了读取距离;可通过支持EPCC1G2协议的通用超高频读写器和NFC手机方便地获取传感器测量数据。

关键词： RFID传感器射频能量回收电源管理电荷泵 NDEF

集成HF和UHF的双频无源RFID传感器技术研究

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集成HF和UHF的双频无源RFID传感器技术研究

作者：李文虎河北工业大学

学位级别：硕士

随着传感器、物联网及人工智能技术的持续进步及其在工业应用领域的快速发展,射频识别(Radio Frequency Identification,rfid)成为工业过程物品识别与数据集成的关键技术。集成超低功耗传感器的无源RFID传感器标签可通过射频能量回收供... 详细信息

随着传感器、物联网及人工智能技术的持续进步及其在工业应用领域的快速发展,射频识别(Radio Frequency Identification,rfid)成为工业过程物品识别与数据集成的关键技术。集成超低功耗传感器的无源RFID传感器标签可通过射频能量回收供电同时完成物品身份识别和参数感知的功能,因其小型化、无线供电、柔性可粘贴、非视距传输等独特优势具有广泛的应用前景。论文针对物品供应链识别与检测过程分离和工业现场感知数据与终端用户无法有效共享的难题,提出了一种集成高频(13.56 MHz)和超高频(860～960 MHz)的双频无源RFID传感器设计方法。运用该方法设计的传感器标签体积小且同时支持高频和超高频两种模式,可满足工业现场和终端用户两种应用场合的便捷测量与数据共享。论文主要研究工作总结如下:首先,集成既可完成射频数据收发又可输出直流电压的射频模块,使传感器标签同时支持高频和超高频数据通信与传感器参数感知,并通过合理安排天线和电路布局实现了双频RFID传感器集成和标签的小型化设计。其次,针对射频芯片供电带负载能力有限问题,采用电荷泵与射频芯片配合完成射频能量回收和管理然后给感知处理模块供电的方法,提高标签在超高频模式下读取距离;同时为提高标签工作性能、减少能量损失、降低高频和超高频模块通信之间的相互影响,在射频收发模块和感知处理模块之间设计了通信及电源判断电路。然后,通过将传感器数据集成到超高频EPC C1G2(Electronic Product Code Class-1Generation-2)用户数据区和高频NDEF(NFC Data Exchange Format)数据格式中,利用通用rfid读写设备即可方便地完成测量与读取,可增强传感器标签在供应链检测中的通用性。最后,搭建了双频无源RFID传感器标签实验平台测试了其在高频以及超高频模式下的性能。实验结果表明,集成双频RFID传感器可同时支持高频和超高频射频接口读写,通过对射频读写器天线的能量回收产生直流电压供电完成测量和通信任务,并验证了利用电荷泵来提高射频能量使用效率,进而增大传感器标签读取距离的可行性。论文研究双频无源RFID传感器标签作为快速便携的识别与测量方法,对未来“智能产品”和智能化工业网络数据集成与融合具有重要理论意义和实际应用价值。

关键词： RFID传感器射频能量回收无线传输电源管理

RFID传感器在智慧书店物联网平台的应用及平台优化研究

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RFID传感器在智慧书店物联网平台的应用及平台优化研究

作者：缪程锰北京印刷学院

学位级别：硕士

近年来新闻出版行业的高速发展对于行业应用技术提出了更高的要求。在此背景下智慧书店物联网平台应运而生,但由于平台搭建时间较短,在结构以及应用技术上存在一定的不足,尤其是关键的数据传输层面。在物联网技术应用方面,相比于智慧书... 详细信息

近年来新闻出版行业的高速发展对于行业应用技术提出了更高的要求。在此背景下智慧书店物联网平台应运而生,但由于平台搭建时间较短,在结构以及应用技术上存在一定的不足,尤其是关键的数据传输层面。在物联网技术应用方面,相比于智慧书店传统使用的rfid标签,RFID传感器兼具rfid标签功能及传感器传输作用,可将其应用于优化后的智慧书店物联网平台,增加智慧书店智能化水平。基于此背景,本文针对已有智慧书店物联网平台的优化设计及适用的RFID传感器设计进行了深入研究与探讨,主要研究内容如下:（1）论述了RFID传感器设计及应用的国内外发展现状以及实体书店相关平台的应用情况,重点对比分析了当前RFID传感器的类型差异及应用场景,对当前警示系统仿真软件的研究情况做了介绍,并对RFID传感器设计中涉及的天线技术及理论进行了分析和研究。（2）对已初步搭建的新闻出版物联网平台整体结构及关键技术应用进行优化,针对当前应用平台流程较为繁琐的特点,设计了更为简洁的应用平台框架,并对感知层及应用层所使用的ZigBee组网技术等相关技术进行优化,利用设计的适用于应用平台的RFID传感器作为感知传输的升级替换。RFID传感器可在保留rfid标签优点的前提下结合传感功能,相较ZigBee技术能极大地提升效率降低成本。（3）根据RFID传感器的设计原理,结合当前已经应用于其他行业的RFID传感器的实例,设计出适用于智慧书店物联网平台的RFID传感器,以现有rfid技术为基础,选取矩形微带结构天线作为收发天线,对天线的阻抗及增益等参数进行选取并对其进行圆极化辐射特性分析,利用HFSS电磁波仿真软件对天线尺寸参数进行仿真优化,并确定最优性能参数。（4）基于设计的RFID传感器,提出一种图书错位警报系统的设计方法,根据RFID传感器原理设计能够改变天线周边物理环境的电磁激发装置,并使用Matlab guide软件搭建了仿真环境,完成了警示系统的模拟运行。

关键词： RFID传感器 Ansoft HFSS Matlab guide 物联网平台

基于BIM和RFID传感器集成技术的施工安全预警研究

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湖北农业科学 2020年第8期59卷 145-150,157页

作者：陈悦华申钱依武汉大学土木建筑工程学院武汉430072

为了降低安全事故率、提高安全管理水平,通过引入BIM和RFID传感器集成技术,从危险源管控角度出发,识别人、物、机械设备三方面的危险源,构建应用于施工现场的安全预警系统,最后运用层析分析法和模糊综合评价方法对使用该系统前后的安全... 详细信息

为了降低安全事故率、提高安全管理水平,通过引入BIM和RFID传感器集成技术,从危险源管控角度出发,识别人、物、机械设备三方面的危险源,构建应用于施工现场的安全预警系统,最后运用层析分析法和模糊综合评价方法对使用该系统前后的安全管理水平进行评价。该系统能明显提高施工现场安全管理水平,为安全管理提供了一种新的管理方式。

关键词： BIM RFID传感器施工安全管理

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用于变压器状态监测的RFID传感器设计

电子测量技术 2023年第20期46卷 128-132页

作者：左秀江杨帆周一童朱力国家电投集团内蒙古能源有限公司呼和浩特010010 重庆大学电气工程学院重庆400044 重庆川仪自动化股份有限公司重庆401121

油浸式变压器发生故障时会导致铁芯和绕组振动异常、温升过大并传递到箱体,为了能够同时对变压器运行时的振动和温度状态进行在线监测,设计了一种基于双天线的RFID传感器,集成温度和加速度传感器芯片,并增加一块“L”型金属反射板以增... 详细信息

油浸式变压器发生故障时会导致铁芯和绕组振动异常、温升过大并传递到箱体,为了能够同时对变压器运行时的振动和温度状态进行在线监测,设计了一种基于双天线的RFID传感器,集成温度和加速度传感器芯片,并增加一块“L”型金属反射板以增强辐射效率。在实验室对RFID传感器准确度进行测试,结果表明振动和温度的测试误差仅为0.7%和1.6%,并以OFPSZ-150000/220变压器为实验对象进行了现场监测实验。结果表明:RFID传感器监测到的变压器箱体振动信号主要集中在以100 Hz为基频,100~500 Hz之间;而箱体的温度在越靠近中间位置越高,越接近边缘越低。实验结果表明所测数据与现场数据非常接近,加速度和温度测量误差仅为6.25%和1.9%,证明了RFID传感器的可靠性。

关键词：振动温度 RFID传感器双天线状态监测

无源RFID传感器在检测监测方面的应用现状

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电子技术与软件工程 2020年第5期 112-116页

作者：缪程锰李越北京印刷学院机电工程学院北京市102600

本文介绍了RFID传感器传感机理及关键技术,同时结合RFID传感器的工作原理,对RFID传感器在存储状态检测、人体生理病理演变监测、物流冷链运输监测、电网设备状态监测及物体表面缺陷检测的应用现状做了综述。最后总结了目前RFID传感器主... 详细信息

本文介绍了RFID传感器传感机理及关键技术,同时结合RFID传感器的工作原理,对RFID传感器在存储状态检测、人体生理病理演变监测、物流冷链运输监测、电网设备状态监测及物体表面缺陷检测的应用现状做了综述。最后总结了目前RFID传感器主要存在的一些问题,并对RFID传感器应用的发展趋势做了展望。

关键词： RFID传感器标签技术传感原理

浅谈AB PLC串口跟RFID传感器的通讯应用

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装备制造技术 2020年第11期 117-120页

作者：陈辉宇王天生李琼上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州545007

通过利用AB的ASCII串口,跟RFID传感器进行通讯,实现了从传感器内获取地标和磁条信息,以应用到一些生产场景中。

关键词： ASCII串口 RFID传感器通讯

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基于RFID传感器的图书错位警报系统设计

电子技术与软件工程 2019年第15期 69-71页

作者：缪程锰刘冠一李婷婷北京印刷学院

本文利用rfid识别码的唯一性并将其与传感器技术结合,通过电磁激发装置改变天线增益及阻抗参数,使rfid标签具有传感作用,最后利用MATLABguide软件绘制管理终端界面,设计出一套图书错位警报系统。该系统可以及时有效地将图书错位信息传... 详细信息

本文利用rfid识别码的唯一性并将其与传感器技术结合,通过电磁激发装置改变天线增益及阻抗参数,使rfid标签具有传感作用,最后利用MATLABguide软件绘制管理终端界面,设计出一套图书错位警报系统。该系统可以及时有效地将图书错位信息传至管理终端,方便工作人员将图书及时归位,极大地节省了人工成本。

关键词： RFID传感器图书错位警报系统