RFID+傳感器又有新突破：加州大學研發(fā)出“RFID測力貼紙”
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日期：2023-12-11 16:17:01
摘要：加州大學圣地亞哥分校(UCSD)的一個團隊開發(fā)的超薄RFID測力“貼紙”(被稱為“ForceSticker”)就是其中的一個例子。這種創(chuàng)新的測力貼紙不僅可以用于醫(yī)療和工業(yè)情況，還可以用于倉庫包裝的底部，測量其重量，起到微型秤的作用。
科學創(chuàng)新技術不斷地推動著我們的發(fā)展，加州大學圣地亞哥分校(UCSD)的一個團隊開發(fā)的超薄RFID測力“貼紙”(被稱為“ForceSticker”)就是其中的一個例子。這種創(chuàng)新的測力貼紙不僅可以用于醫(yī)療和工業(yè)情況，還可以用于倉庫包裝的底部，測量其重量，起到微型秤的作用。
ForceSticker的開發(fā)源于兩個主要組件的集成：一個只有幾毫米厚、大約一粒米大小的微型電容器，以及一個商用900 MHz超高頻RFID IC標簽。研究人員集成了這兩個組件，以便他們可以測量施加的力，并將信息無線傳輸到標準的RFID閱讀器。這種測力貼紙的設計靈感來源于對電容變化的敏銳觀察。當施加外力時，聚合物壓縮，將銅條拉得更近，從而增加電容。通過這種設計，研究人員可以根據從數學RF建模中得出的優(yōu)化電容范圍設計，評估傳感器的轉換功能，并在COMSOL中執(zhí)行多物理模擬。在ForceSticker的實際應用中，研究人員采用了兩種不同的4×2毫米傳感器實現，具有不同的Ecoflex聚合物層(可生物降解的鉑催化的硅基聚合物)和氯丁橡膠，覆蓋0至6 N和0至40 N的范圍，讀數誤差分別為0.25 N和1.6 N。此外，他們對ForceSticker進行了超過10,000次的壓力測試，沒有發(fā)現任何明顯的誤差下降。這種無源RFID標簽使用反向散射進行電力和數據傳輸。它從RFID閱讀器接收輸入的無線電信號，通過電容器感應的電變化修改信號，然后將修改后的信號反射回閱讀器，閱讀器解讀并將其轉化為作用力。這種方法直接將傳感器產生的模擬RF相位變換插入RFID標簽的無線信道路徑中，創(chuàng)建了模擬-數字反向散射鏈路。在實現傳感器集成的過程中，一個關鍵的挑戰(zhàn)是傳感器接口的設計。為了在不損失信號保真度的情況下實現傳感器集成，研究人員采用了匹配阻抗共面波導的方法。此外，為了獲得這種靈敏度調諧，電容器必須在零作用力下具有正確設計的“標稱值”。這是由模擬這種情況的各種非線性方程確定的，并考慮了傳輸線的阻抗和反射系數。
在模擬電容傳感器與數字識別RFID的接口時，研究人員通過將傳感器插入天線和與兩者并聯(lián)的RFID IC之間來實現。然而，研究人員指出，存在兩種所謂的“退化”解決方案(意味著至少一個基本變量為零)。其中一種解決方案假設所有相位變化都直接從傳感器反射，沒有信號到達RFID模塊。而另一種解決方案則假設傳感器的容性轉換實際工作模式。這兩種解決方案都為該技術的進一步優(yōu)化提供了指導。總的來說，加州大學圣地亞哥分校(UCSD)的這個團隊已經通過開發(fā)ForceSticker這一創(chuàng)新的測力貼紙展示了工程突破的可能性。通過集成微型電容器和商用RFID IC標簽，他們創(chuàng)造了一種能夠測量施加的力并將信息無線傳輸的設備。這種技術不僅具有在醫(yī)療和工業(yè)領域應用的潛力，而且還可以用于倉庫包裝的底部測量其重量。通過持續(xù)研究和創(chuàng)新，我們有理由相信未來會有更多這樣的突破來改善我們的生活和工作。
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