一種用于無線濕度監(jiān)測的噴墨印刷無芯片RFID傳感器

　　本文提出了一種基于有限的人工阻抗表面(AIS)的新型無芯片RFID濕度傳感器，無線傳感器使用低成本噴墨印刷技術(shù)實現(xiàn)在薄片銅版紙上制造，將圖案化的表面放置在金屬背襯的紙板層上。相對濕度信息以諧振峰值的頻移進(jìn)行編碼，相對濕度水平從50%到90%不等，頻移可達(dá)到270 MHz。

　　基于在人工氣象室中進(jìn)行的大量測量，特別設(shè)計用于傳感器的RF測量，可以得出諧振峰值的位置已經(jīng)與環(huán)境的相對濕度水平相關(guān)。當(dāng)設(shè)備使用10%相對濕度水平鑒別時，可以證明所提出的傳感器的具有非常低的誤差概率。

　　為了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，近幾年對低成本傳感器的興趣越來越大，此研究將無芯片RFID標(biāo)簽變換成無芯片RFID傳感器的方法正好解決這個問題，所以受到越來越多的關(guān)注。在所有提出的解決方案的基礎(chǔ)上，使用物理參數(shù)作為換能器的材料可以通過標(biāo)簽感測到RF響應(yīng)的變化，因此可以根據(jù)傳感器的物理特性來監(jiān)測不同的環(huán)境參數(shù)。如Fig 1。

Fig 1

　　為了使標(biāo)簽的電磁響應(yīng)與環(huán)境的濕度水平正確相關(guān)，需要大量的測量。因此，重要的是使用可靠的設(shè)置來允許收集在一定的時間間隔內(nèi)有大量的數(shù)據(jù)。測量設(shè)置如Fig 2所示。

Fig 2

　　將無芯片標(biāo)簽安裝在距離盒子底部22厘米高的尺寸為77×58×43厘米的塑料盒內(nèi)，雙極化天線(Flann DP240)放置在標(biāo)簽的前面，距離R為25厘米，并連接到兩端口VNA(鍵盤 - E5071C)， VNA通過USB電纜連接到筆記本電腦。 通過使用Matlab代碼，以設(shè)定的時間間隔測量標(biāo)簽的電磁響應(yīng)。

　　該標(biāo)簽包括一個紙板襯底和三菱公司的薄片用印在頂部的FSS諧振器。導(dǎo)電油墨已經(jīng)印刷有商業(yè)壓電打印機(jī)，而沒有油墨的任何固化或燒結(jié)，從而獲得非?？焖偾揖哂谐杀拘б娴挠∷⑻幚怼榱耸雇獠凯h(huán)境的RH水平相關(guān)，在特別設(shè)計的Matlab驅(qū)動在人工氣候室中進(jìn)行了大量的傳感器測量。環(huán)境的RH水平的估計是基于AIS共振峰值的歸一化頻移。如Fig 3。

Fig 3

　　另外，對魯棒性和可靠性的統(tǒng)計分析，證明無芯片RFID標(biāo)簽可被用作閾值傳感器。對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行的統(tǒng)計分析表明，當(dāng)作為閾值傳感器使用時，該標(biāo)簽呈現(xiàn)低誤差概率。