Estudo do efeito da umidade sobre a frequência de ressonância de um ressonador de radiofrequência visando sua utilização como sensor

Conceitos e Aplicações 4 2. Definição de RFID 4 2. Exemplos de Aplicações de uso de RFID 5 2. Sensoriamento remoto (Definições de sensoriamento) 8 2. Sensores de umidade 8 2. Experimental 12 3. Projeto eletromagnético do ressoador em espiral 12 3. Integração do material sensor de umidade na estrutura do ressonador 14 3. Ambiente com umidade controlada 14 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 16 5. Pode ser descrito de mais complexa como um sistema de identificação eletromagnética de proximidade e transação de dados (ROBERT, 2006). É composto por tags que são anexadas aos objetos a serem reconhecidos A identificação ocorre devido aos campos magnéticos gerados pelo leitor do RFID que permitem o sistema rastrear e localizar objetos que estejam no intervalo de alcance (GARFINKEL, ROSENBERG; 2006). A energia eletromagnética de alta frequência e o sinal de consulta, produzidos pelo leitor aciona as tags (AHSAN, et.

al. As tags possuem microchips que armazenam a identificação (ID) exclusiva de cada objeto e o ID é um número de série registrado na memória RFID. Tabela 1: As décadas de RFID Atualmente o RFID são utilizados em diversas áreas e podem funcionar de diferentes maneiras, funcionando por duas categorias básicas: de curto e longo alcance. Dentre os exemplos de aplicações de curto alcance estão o uso de cartão para obter acessos (controle de acesso), em portões, catracas, etc. A utilização de curto alcance exigem que as tags estejam próximas ao leitor. As aplicações de longo alcance podem não precisar de tags mais próximas do leitor e são utilizadas, por exemplo, no setor de logística (AHSAN, 2010).

São reportados em literatura e por meio de patentes um vasto número de aplicações para os RFID. Cartões com a tecnologia foram implantados nos hospitais avaliando diferentes fatores como a satisfação do paciente, a temperatura dos pacientes sob suspeita de doenças viralizadas na região, entre outros. Os dados do paciente, como histórico de atendimentos e tempo de entrada no hospital, além do histórico médico eram registrados nos cartões contendo as tags. Os estudos demonstraram a otimização de informações passadas, melhorando o atendimento e reduzindo erros (TZENG, 2008). Além dos estudos citados, muitos outros compõem uma vasta literatura relatando aplicações e benefícios do uso da tecnologia RFID, como na gestão de fidelização de clientes (BAYRAKTAR e YILMAZ, 2007; CAPIZZI e FERGUSON, 2005); segurança de aeroporto (SAMPLE, et.

al. A capacitância nominal apresentou boa sensibilidade, de cerca de 100-1000 ppm%r. h, com boa linearidade e tempo de resposta, apresentando um sensor adequado e versártil com baixa dissipação de potência (OPREA, et. al. Porém, outros experimentos devem ser feitos para elucidar os elementos de circuito envolvidos no processo. Siden, et. Os trabalhos listados na literatura apresentam sensores capazes de detectar e quantificar a umidade, porém, muitas outras questões são levantadas relativas à caracterização completa da tag como um sensor, ou as capacidades de recuperação em exposição cíclica, a histerese, a robustez, a reprodutibilidade e as metodologias para melhorar a performance dos dispositivos na detecção (MANZARI, et. al. Além disso, para a otimização dos sensores, muitos parâmetros podem ser avaliados, como a geometria da placa, o material do substrato, o polímero, o uso em condições reais, entre outros.

Sensoriamento remoto (Definições de sensoriamento) 2. Sensores de umidade A determinação da umidade possui extrema importância na avaliação da qualidade do ar em salas vivas e controladas, no monitoramento do estado de conservação dos alimentos, preservação de paredes, espaços de exposição, edifícios históricos, bibliotecas e arquivos coleções. Ainda utilizando medidas de impedância, existem sensores que transduzem a umidade do ar pelas demais componentes, como a variação da resistividade do material ou condutância, entre outras (RITTERSMA, 2002). Transdução da umidade do ar via domínio mecânico é uma das técnicas mais antigas conhecidas Os sensores precisam atender certos requisitos existem diferentes sensores de umidade para aplicações variadas. os requisitos que os sensores de umidade devem atender para atender uma ampla gama de aplicações são: boa sensibilidade em uma ampla faixa de umidade e temperatura, um curto tempo de resposta, boa reprodutibilidade e pequena histerese, boa durabilidade e longa vida útil, resistência a contaminantes , temperatura insignificante e baixo custo (OPREA, et.

al. Arquitetura e componentes Um sistema RFID é composto basicamente por uma antena (uma etiqueta detectora responsável por gerar o campo eletromagnético) (AHSAN, 2010), projetada para operar em uma determinada faixa de frequência. O modelo escolhido para o desenvolvimento do trabalho foi o clássico ressonador em espiral, amplamente usado como o elemento responsável pela codificação dos dados das etiquetas chipless de RFID. Os tags chipless são dispositivos que atuam em uma baixa potência e a única variação apreciável de umidade é o ambiente (QUEM FALOU ISSO?). No dispositivo sem chip, o sinal integrador é enviado para a tag do leitor. A tag enviou pulsos de eco ao leitor depois de um curto período de tempo e com alguns atrasos de tempo. este resposta é chamada de sinal de retroespalhamento.

O nível de umidade relativa ou a quantidade de água no material absorvente é determinado para um sistema RFID passivo comparar a diferença na potência de saída do leitor RFID necessária para ligar respectivamente a tag aberta e incorporada. Siden, et. al. SIDEN, et. al. AMIN, et. al. introduziram o uso do polivinilálcool (PVA) em uma plataforma RFID sem chip um multi-ressonador de baixo custo, compacto e imprimível. O sensor do tag tem um patch carregado com vários slots para dados codificação (ISLAM; KARKAMAR, 2012) e um único indutivo-capacitivo elétrico (ELC) ressonador (SHURIG, et. al. O polímero utilizado foi o polivinil álcool (PVA) fornecido pela empresa blá blá blá. As condições controladas de umidade foram feitas utilizando um dessecador, sílica gel, estufa de secagem e esterilização e umidificador de ar.

As medidas foram feitas utilizando um higrômetro digital da MARCA TAL, informações sobre o modelo. Foi utilizado o Analisador Vetorial de Redes, marca Anritsu, modelo MS4644B e para a análise dos dados, o Software de simulação eletromagnética, HFSS. Experimental 3. As dimensões geométricas do ressonador são: L= 11 mm; W = 5,2 mm; Wlinha = 1,92 mm; Wespira = 0,8 mm; Despira = 0,3 mm; gap = 0,2 mm. Figura 1X Figura 2 Y 3. Integração do material sensor de umidade na estrutura do ressonador Para a formação do filme de PVA, responsável pela absorção de água no ressonador, foi preparada uma solução de PVA em uma proporção de 0,4146 g do PVA em 10 ml de água deionizada (18 MΩ). Para a completa solubilização do material, foi utilizado uma temperatura de 130° C por 2 horas e agitado por um agitador magnético durante o tempo de execução, como ilustrado na Figura X.

Quando a solução tornou-se densa e leitosa, o processo de aquecimento interrompeu-se o aquecimento e a solução resfriada durante 6 horas, até atingir temperatura ambiente. Uma vez definida a estrutura do ressoador, o problema se reduz, então, a determinar suas dimensões geométricas e, para tal, é possível auxiliar-se da Teoria de Circuitos de RF e de simuladores eletromagnéticos de altíssimo desempenho, tal como o HFSS. Para aplicar a Teoria de Circuitos de RF na descrição do funcionamento das estruturas ressonantes, comumente utilizam-se como circuitos equivalentes simples redes sintonizadas LC, cuja frequência de ressonância é dada pela bem conhecida fórmula (1). f0=12π√LC (1) Onde L e C representam a indutância e a capacitância total da estrutura. Imaginemos agora que, de alguma maneira, se faça variar a indutância ou a capacitância da estrutura, a frequência de ressonância variará.

Se escolhermos como grandeza possível de ser variada a capacitância, é conveniente lembrar que o valor da mesma depende tanto da geometria quanto do material (isto é , do seu εr). O resultado do ensaio mostra inclusive como vai aumentando gradativamente a atenuação introduzida pelo ressoador sobre o sinal de RF, na medida que a umidade absorvida pelo polímero se incrementa, chegando a um ponto em que as perdas são tão elevadas que o dispositivo praticamente deixa de ressonar. Figura 9: Resposta em frequência do ressonador para diferentes valores de umidade do ambiente A Tabela a seguir mostra claramente a relação entre a umidade do ambiente e a frequência de ressonância do dispositivo, que demonstra a potencialidade desse dispositivo para ser utilizado como sensor. Tabela 1.

Relação umidade vs frequência de ressonância. CONCLUSÕES 6. CAENRFID: Application Notes, “Introduction to RFID Technology” The Art of Identification (2008). FINKELZELLER, K. The RFID Handbook. John Wiley & Sons, 2nd ed. Frank, T. No. p. JUELS, A. MOLNAR, D. WAGNER, D. M. Radio frequency identification (RFID). Computers & security 25 (2006) 18 – 26. SRIVASTAVA, L. RFID: Technology, Applications and Policy Implications, Presentation. p. The Electronic Passport and the Future of Government-Issued RFID-Based Identification G. Matthew Ezovski, Student Member, IEEE, and Steve E. Watkins, Senior Member, IEEE. IEEE International Conference on RFID Gaylord Texan Resort, Grapevine, TX, USA March 26-28, 2007 MISHRA, A. K. Rao, E. High tech aviation security program in Africa - a model for technology transfer, Security Technology, 2004. th Annual 2004 International Carnahan Conference on, 11-14 Oct. Feder, B. –6, Istanbul, Turkey Swedberg, C. Vegas hotel-casino uses tags to keep tabs on liquor.

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