一种用于无线湿度监测的喷墨印刷无芯片RFID传感器

本文提出了一种基于有限的人工阻抗表面(AIS)的新型无芯片RFID湿度传感器，无线传感器使用低成本喷墨印刷技术实现在薄片铜版纸上制造，将图案化的表面放置在金属背衬的纸板层上。相对湿度信息以谐振峰值的频移进行编码，相对湿度水平从50%到90%不等，频移可达到270 MHz。

　　基于在人工气象室中进行的大量测量，特别设计用于传感器的RF测量，可以得出谐振峰值的位置已经与环境的相对湿度水平相关。当设备使用10%相对湿度水平鉴别时，可以证明所提出的传感器的具有非常低的误差概率。

　　为了实现物联网的广泛应用，近几年对低成本传感器的兴趣越来越大，此研究将无芯片RFID标签变换成无芯片RFID传感器的方法正好解决这个问题，所以受到越来越多的关注。在所有提出的解决方案的基础上，使用物理参数作为换能器的材料可以通过标签感测到RF响应的变化，因此可以根据传感器的物理特性来监测不同的环境参数。如Fig 1。

Fig 1

　　为了使标签的电磁响应与环境的湿度水平正确相关，需要大量的测量。因此，重要的是使用可靠的设置来允许收集在一定的时间间隔内有大量的数据。测量设置如Fig 2所示。

Fig 2

　　将无芯片标签安装在距离盒子底部22厘米高的尺寸为77×58×43厘米的塑料盒内，双极化天线(Flann DP240)放置在标签的前面，距离R为25厘米，并连接到两端口VNA(键盘 - E5071C)， VNA通过USB电缆连接到笔记本电脑。 通过使用Matlab代码，以设定的时间间隔测量标签的电磁响应。

　　该标签包括一个纸板衬底和三菱公司的薄片用印在顶部的FSS谐振器。导电油墨已经印刷有商业压电打印机，而没有油墨的任何固化或烧结，从而获得非常快速且具有成本效益的印刷处理。为了使外部环境的RH水平相关，在特别设计的Matlab驱动在人工气候室中进行了大量的传感器测量。环境的RH水平的估计是基于AIS共振峰值的归一化频移。如Fig 3。

Fig 3

　　另外，对鲁棒性和可靠性的统计分析，证明无芯片RFID标签可被用作阈值传感器。对收集的数据进行的统计分析表明，当作为阈值传感器使用时，该标签呈现低误差概率。