基于超高频RFID的无线无源压力传感器系统

简介：
本系统采用超高频RFID技术，设计了一种无线无源的压力传感方案，适用于远程、实时监测应用场景，具有成本低、部署灵活等优势。 在电力设备的日常运行过程中，由于环境因素或长时间负荷的影响，设备可能会出现失压和形变等问题，这些问题不仅影响了设备性能，还可能导致严重的安全事故。为了解决这一问题，研发了一种基于超高频RFID（Radio Frequency Identification）技术的无线无源压力传感器。这种传感器能够在不接触电力设备的情况下实时监测其表面的压力变化。 该传感器的核心组成部分包括阻抗自适应RFID芯片、UHF频段的RFID偶极子天线、金属极板和支撑弹簧。当电力设备发生形变时，安装在设备上的金属极板与天线之间的相对位置会发生改变，从而影响到天线的阻抗特性。RFID芯片会自动调节输入阻抗电容以匹配变化后的天线阻抗，并通过分析芯片内部匹配阻抗的电容值来推算出设备形变的程度，实现无线无源压力传感功能。 采用RFID技术可以非接触地获取目标对象的信息，在UHF频段下具有更远的通信距离和更高的数据传输速率。在本设计中选用的是具备自适应阻抗匹配能力的RFMicron Magnus S3芯片，该芯片拥有9位精度的传感器编码，能够提供485种不同的匹配电容状态，并覆盖1.9 pF至2.9 pF范围内的调节需求，最小调节精度为2.06 fF。这种自适应特性使传感器能够在各种环境条件下保持最佳阻抗匹配效果。 天线设计对于传感器性能至关重要。本系统采用的Inlay结构包括馈电端口、小环以及弯折偶极子等部分，这些组件共同决定了天线的阻抗特征。通过计算馈电端口输入阻抗的变化来感知设备形变情况，从而实现精确监测。 基于UHF RFID技术的无线无源压力传感器巧妙地利用了RFID特性，并结合金属极板与天线相对位移变化来检测电力设备表面的压力状态，实现了非接触式安全监控。这一创新设计对于保障电力系统的稳定运行和预防性维护具有重要意义。