安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)時國龍副教授等:面向畜禽場景氨氣檢測的無源RFID傳感標(biāo)簽研制及應(yīng)用
《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報》2024年第40卷第18期刊載了安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位時國龍、胡國平、蔡家柱、馬文濤、丁鼎與武文輝的論文——“面向畜禽場景氨氣檢測的無源RFID傳感標(biāo)簽研制及應(yīng)用”。該研究由國家自然科學(xué)基金項目(項目號:62303018)等資助。
引文信息:時國龍,胡國平,蔡家柱,等. 面向畜禽場景氨氣檢測的無源RFID傳感標(biāo)簽研制及應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2024,40(18):202-209.
DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202402048
研究目的與方法:
氨氣是畜禽場景中的主要有害氣體之一,針對有源傳感器不適于電路有線連接受限的畜禽場景問題,該研究基于高頻電磁仿真軟件(high frequency structure simulator,HFSS)設(shè)計了無源傳感器仿真模型,選擇聚酰亞胺(polyimide,PI)作為基板材料,采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)研制了基于射頻識別(radio frequency identification,RFID)原理的無源氨氣傳感標(biāo)簽。通過對氨氣無源檢測原理的解析,選擇了具有高表面積的碳納米管作為氨氣敏感材料,推導(dǎo)了通過測量射頻接收功率變化實現(xiàn)無源檢測的數(shù)學(xué)模型;考慮諧振頻率的動態(tài)調(diào)整,無源RFID傳感標(biāo)簽采用開口間隙可調(diào)的裂環(huán)諧振器結(jié)構(gòu),通過分析傳輸系數(shù)的變化對RFID傳感標(biāo)簽的檢測過程進行模擬;搭建了用于實驗室和畜禽場景氨氣檢測的射頻測試系統(tǒng),圍繞功率反射系數(shù)、諧振頻率、傳輸系數(shù)開展測試分析。
結(jié)果與結(jié)論:
試驗結(jié)果表明,該標(biāo)簽檢測效率易受到到二氧化碳、溫濕度因素的影響,由于人工切割、基板變形、環(huán)境干擾等因素,實物標(biāo)簽的諧振頻率與2.4 GHz的仿真諧振頻率之間存在0.05 GHz左右的偏差,傳感標(biāo)簽的靈敏度約為15 MHz·L/mg,最大閱讀距離為24 cm,相比于商用氨氣傳感器,該傳感標(biāo)簽在使用壽命、響應(yīng)時間方面有明顯優(yōu)勢。研究結(jié)果為畜禽場景的氨氣無源檢測提供了有效的理論和實踐依據(jù)。