Batterijloze UHF RFID-apparaten beloven slanker industrieel IoT

De dramatische uitbreiding van IoT-toepassingen roept al enkele problemen op gerelateerd aan de batterijen die IoT-apparaten van stroom voorzien.

De gecombineerde consumenten- en industriële IoT-markt zal naar verwachting in 2025 $ 11,1 biljoen bereiken, volgens een rapport uit 2020 van onderzoekers van Prudour. De dramatische uitbreiding van IoT-toepassingen roept al enkele problemen op met betrekking tot de batterijen die IoT-apparaten van stroom voorzien - niet alleen in termen van duurzaamheid en milieubescherming, maar ook vanuit een voorspelbaarheids- en kostenperspectief. Industrie 4.0-ontwikkelaars zijn daarom op zoek naar batterijloze oplossingen. Dat is waar UHF RFID-technologieën, zoals de benadering die door de RAIN RFID Alliance is omarmd, in het spel komen.

RAIN is zowel een branchealliantie, zoals de Bluetooth SIG en Wi-Fi Alliance, als een technologie. Zoals beschreven op de website van de alliantie, is het acroniem RAIN (voor RAdio-frequency IdentificatioN) “bedoeld als een knipoog naar de link tussen UHF RFID en de cloud, waar op RFID gebaseerde gegevens kunnen worden opgeslagen, beheerd en gedeeld via internet. Een RFID-oplossing van RAIN gebruikt een lezer om een ​​getagd item te lezen en te schrijven, de gegevens te beheren en actie te ondernemen.” Het lidmaatschap van de alliantie staat open voor elke organisatie die interesse heeft in passieve UHF RFID.

De huidige productiesystemen gebruiken de gegevens die zijn opgeslagen in RFID-tags om flexibelere en efficiëntere op maat gemaakte producten mogelijk te maken. De toepassing van RFID-technologie op de fabrieksvloer heeft geleid tot veel hogere niveaus van automatisering en standaardisatie en heeft op grote schaal bijgedragen aan de "Lean"-processen van de moderne toeleveringsketen. Vergeleken met gevestigde identificatietechnologieën zoals actieve tags en streepjescodes, hebben passieve RFID-tags geen eigen stroomvoorziening en geen zichtlijn nodig om te werken.

Omdat het een opkomende technologie is, zijn er tegenwoordig maar heel weinig belanghebbenden die oplossingen kunnen bieden die passieve RFID-chips omzetten in de slimme detectieapparatuur die nodig is voor RAIN RFID. Die IC-families kunnen parameters zoals temperatuur, vochtigheid, beweging, omgevingslicht, elektrische continuïteit en materiaalvormbaarheid volledig passief meten, zonder dat extra componenten nodig zijn, en kunnen de verkregen gegevens naar een conventionele RAIN RFID-lezer verzenden over een bereik van 5 tot 10 meter .

Geen speciale HW/SW vereist

De gegevensoverdracht van de chip naar de lezer duurt slechts enkele milliseconden en is volledig compatibel met het huidige EPC Gen2-protocol. Het voordeel voor de gebruiker is dat er geen speciale hardware of software nodig is om meetwaarden te verkrijgen en te verwerken. Lezers die momenteel op de markt verkrijgbaar zijn, kunnen de gegevens van de chip vastleggen en interpreteren en doorsturen naar systemen op een hoger niveau. Bij het integreren van tags op basis van de chip in een logistieke applicatie kunnen bijvoorbeeld de asset-ID en het EPC-nummer samen met de sensorgegevens worden vastgelegd.

Inlays kunnen worden omgezet in tal van transponderformaten, van flexibele labels tot hardtags. Een klassieke pakketversie zoals QFN met geïntegreerde sensor-IC is zelfs geschikt voor gebruik in ruwe omgevingen.

Vergelijking van communicatietechnologieën die worden gebruikt voor Industrie 4.0 (Bron:Asygn)

Toepassingen voor voorspellend onderhoud

De wereldwijde markt voor batterijloze RFID-sensoren zal naar verwachting groeien met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 13,3% tot US $ 2.099 miljoen in 2030, dankzij vooruitgang in batterijloze technologie en een grotere nadruk op onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten, volgens Prudour.

Sensor-IC's worden al in veel industriële gevallen gebruikt - bijvoorbeeld bij het detecteren van leidingvervorming - waarin voorheen traditionele sensoroplossingen op basis van rekstrookjes nodig waren of waarvoor simpelweg geen geschikte oplossing bestond.

Typisch vereist een standaard rekstrookje signaalconditioneringscircuits, analoog-naar-digitaalomzetters en communicatieapparatuur om de gegevens over te dragen of te leveren aan een pc. Nu kunnen alle benodigde componenten in één chip worden gecombineerd en is communicatie mogelijk via UHF RFID. Er zijn geen batterijen of externe sensoren nodig.

Een breed algemeen gebruik is voorspellend onderhoud, dat kan anticiperen op slijtage of defecten, onderhoudstechnici in staat stelt zich te concentreren op belangrijke problemen en enorme hoeveelheden gegevens genereert om voorspellende modellen te bouwen. Metalen bovenbouw, zoals bruggen en grote gebouwen, zijn uitstekende kandidaten voor dergelijke technologie; bemanningen kunnen reparaties uitvoeren voordat zich catastrofale storingen voordoen die tot boetes leiden, dure reparaties vereisen of, in het ergste geval, resulteren in verwondingen. Het inbedden van sensoren met vrije stroom in betonblokken op het moment van hun fabricage zou realtime toegang tot kritieke parameters zoals temperatuur of vochtigheid mogelijk maken, waardoor bouwers, gebouwbeheerders en gebouwgebruikers constructies in de loop van de tijd kunnen bewaken, waardoor gemoedsrust wordt geboden aan die belanghebbenden.

Fabrikanten van zware industriële apparatuur willen de technologie ook graag gebruiken voor toepassingen zoals het detecteren van oververhitting van turbinebladen in water- of windenergietoepassingen. Druksensoren kunnen ook worden gebruikt op industriële gasflessen om explosies of brand te voorkomen. Nog een ander geval in opkomst is het inbouwen van chips in elastomeren, bijvoorbeeld om het gewicht of de lading van het voertuig te kunnen meten via druksensoren die in banden zijn ingebouwd.

Het inbedden van sensoren met vrije kracht in beton zou realtime toegang tot kritieke parameters mogelijk maken, zodat constructies in de loop van de tijd kunnen worden bewaakt. (Bron:Asygn)

Naast industriële toepassingen richten ontwikkelaars zich ook op gebruiksscenario's in de landbouw en de gezondheidszorg. Met lezers ingebedde drones kunnen temperatuur, vochtigheid en lichtomstandigheden in kassen en open velden bewaken. Vee met oormerken kan in het veld worden gevolgd en hun lichaamstemperatuur kan worden gecontroleerd om ziektes op te sporen. En door RFID-sensoren in prothetische apparaten op te nemen, kunnen spanningen of temperatuurafwijkingen storingen aan het licht brengen, zodat technici patiënten kunnen helpen bij het repareren of vervangen van een defecte prothese voordat deze een probleem veroorzaakt.

De industrie heeft IoT al volledig geaccepteerd. De taak is nu om Industrie 4.0-oplossingen slanker en efficiënter te maken om de ROI te maximaliseren, en batterijloze UHF RFID-technologieën wijzen de weg.

—Frédéric Maricourt is verkoopdirecteur bij Asygn.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EE Times Europa.