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Introduction to Low Frequency RFID For Tracking Fish and Wildlife

低频RFID技术在鱼类和野生动物跟踪的介绍

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图索科技(上海)有限公司

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PIT标记 (被动感应收发器)是将微型RFID电路封装在玻璃胶囊中,可以植入到鱼类和其他野生动物体内。当PIT标记通过天线周围的磁场时,它将会获得由电感产生的电能,进而发射其唯一的编码。PIT标记工作的电能来自于外部,无需内置电池供电,因此工作寿命很长。


由于使用的是低频磁场,信号可以穿透任何非金属物体,如混凝土、塑料、木头、土壤、水和生物体。磁场是近场现象,系统的阅读距离限制在几米以内。


天线可以放置在鱼道、溪流断面或诱鱼设施等处,当鱼类进入磁场范围内后,天线就可以检测到标记的信号。


PIT标记的优点


- 实现鱼类个体识别

- 鱼类需要进行一次标记注射

- 无需回捕

- 标记终身有效工作


PIT标记应用


- 鱼道过鱼效果评估

- 鱼类行为跟踪

- 生长和存活率监测和评估

- 判断洄游时间

- 资源量评估和生境恢复


探测距离


大的标记的检测距离要优于小一点的标记。标记大小必须根据鱼类的大小和期望的检测距离来权衡选择。检测距离取决于阅读器电源、检测天线效率和标记大小。手持式的阅读器的天线很小,而且是电池供电,其检测距离仅有几厘米。远距离阅读器拥有更大的供电电压和天线系统,因此检测范围要更大。


天线和标记方向


低频RFID天线是依靠闭合天线环来产生磁场,因此标记相对于天线门的角度会影响检测距离。


标记的长轴垂直于天线门平面穿过是最佳的检测角度,检测距离较远。如果平行于天线门平面通过,那么检测距离就近。其他角度介于二者之间。


标记信号碰撞


当两个及两个以上标记同时在同一个磁场内发射他们的编码信号时,那么他们会相互有信号阻碍。因此天线尽量安装在狭窄的地方,让鱼类每次只能单个通过。


RFID标准


Oregon RFID产品符合ISO 11784/11895国际标准。有很多低频RFID的生产厂家,但是阅读器和标记之间并不能完全兼容。


全双工和半双工


国际标准涵盖全双工和半双工两种类型,但是这两种类型采取的是不相互兼容的调制方案。有些阅读器只能检测一种类型,有些则可以同时兼容。


全双工


全双工技术采用连续的磁场来给标记供电,标记每秒钟可以连续发射高达30次的ID编号。标记内部的感应线圈会引起振幅的微小变化,以此来发送二进制编码。阅读器则会检测这一微小的变化来解码标记编号。


全双工天线的机械振动可以导致天线电压的微弱波动,这会对标记信号造成干扰。因此保证全双工天线的固定非常重要,波纹塑料是个很好的解决办法,此外,保证天线周围的空气隔离层也十分必要。


FDX 穿过/经过天线


半双工


半双工阅读器通过发射短的磁脉冲给标记充电,然后关闭磁场来监听标记的信号反馈,标记获得电能后将用两种频率发回一组1和0编码信号。充电脉冲给标记充电后,电能会存储到电容内,标记会利用电容内的电量发射其独一无二的编码。可以通过改变充电脉冲的发射长度和发射间隔来控制标记的检测频率,降低检测速率可以降低能耗,延长蓄电池的工作时间。


将绝缘线形成闭合环路就是最简单的半双工天线,也可以利用穿线管制作固定的形状。使用单圈焊把线可以最大做到60m宽度的半双工天线。


全双工天线还是半双工天线?


两种技术各有优点,但是工作方式有显著的不同,谨慎选择正确的技术手段很重要。


全双工系统的读取速度大约是半双工系统读取速度的两倍。全双工标记也不需要电容器存储电能,因此体积上可以做的更小。


半双工系统充电磁场是脉冲式的,因此功耗要比全双工系统功耗低。半双工系统的单个天线制作要比全双工系统天线简单,而且要大很多倍,也适用于河口和海洋环境。


系统配置


基本的检测系统包括RFID阅读器、环形天线、直流电源和电脑(或PDA)。


电源应避免电噪音,否则将会干扰标记信号。蓄电池是最好的选择,如果直流变压器的电压波动非常小,那么也可以。但是不要使用开关电源(尤其是低频工作的)。如果你不确定电源是否有噪音,那么对比蓄电池和其他电源,如果检测距离一样,那么就没有问题。


天线设计


Oregon RFID和图索科技(上海)有限公司(MAI Vision Technologies)会帮助客户设计、研发和制造自己的天线系统。设计天线并不很难,这需要时间去努力以达到最佳检测效果。


电感测量仪是测量回路的磁能力的重要工具。将天线调谐至适当的频率有很多方法,但最简单的方法是根据调谐指示器的三个 LED灯来判断低、 高或ok状态,然后不断微调直至 OK 灯亮起。


数据采集


Oregon RFID的阅读器实现了野外无人值守的连续运行。阅读器内存可以记录1千万组数据,系统还会每分钟记录一次自检信息,以满足长期(可达10年)系统性能的监控。


在野外常用的电源是电池,阅读器会时刻监控电源电压,当低于10 V的时候,阅读器就会进入休眠状态,以防止电池过度放电。


更多产品详情,请访问:www.oregonrfid.comwww.mai-vision.com


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