Hal Steele
尽管是2014年8月份的文章, 但是在物联网普及仍在进行的当下, 常读常新
标题: Peel-N-Stick Sensors Expand Reach of Internet of Things, August 8, 2014
一，介绍
由于变得更加普及,传感器技术源于物联网的好处会加速。方便一个无处不在的物联网的基本单元就是一个使得布局大量的无线，免维护，足够便宜的传感器在任何地方变得可能。此文章描述了这样的技术，基于一个微小的芯片，集成了无源感应和无线通信能力。
“IOT物联网“这个术语是由Kevin Ashton 1999年在MIT的AUTO ID中心发明。他清楚地表达了一个景像，甚至简单的每天的对象都可以和计算机和互联网沟通，而没有人的干扰。最初的重心是射频识别RFID，在零售供应链中跟踪和计算物体的工具，但是构想永远超出简单的身份ID。从那开始，当然，IOT的短语就变得被广泛使用，且经常在基于传感器应用的背景下。
这些应用中的许多，且传感器支持它们，已经在传感器杂志上报道。传感器们通常都是创新的，提供了新的特性和性能水平，它们要么是传感器本身，要么是在系统的水平可能不那么昂贵。由于许多的主要刺激因素，传感器们在宽范围的价格/性能选项中是可得的
不幸的是，在许多潜在的传感器应用中，甚至是最便宜的传感器都证明是不实际的。它们可能要有线连接，不能产生有益的结果。如果无线的话，它们需要电池，这就产生了不可接受的维护负担。且甚至一个“便宜的”产品都会花费太多来监视不贵的物件或需要大数量的分布式传感器系统。然而，这些应用对于一个真正的无处不在的IOT的实现是重要的。
二，无线即撕即贴传感器
这些应用需要一个新类型的传感器，无线的，无电池的（被动的），且非常便宜。大脑中有这些目标，RFmicron就是一个例子，其单芯片的无源的RF传感器叫作“Magnus S芯片”,通过简单地重新封装给目标应用的产品,可以用来制造广泛的单芯片传感器。这芯片使用行业标准UHF RFID协议（ISO18000-6C，通常被叫做“GEN 2”)和现有的读卡器通信。除了GEN2通信引擎之外，芯片集成了变色龙技术来优化RF通信和提供感应能力。此芯片细小，且只有0.89平方毫米，且是自足的。一个全功能的无线无源传感器仅仅只是由天线和Magnus芯片组成，基本上就是和传统的只是ID的RFID标签要求的同样的元件。不同的就是天线设计，基于要感应的特定刺激物而变化，芯片监控由外部因素（刺激物）导致的无线电子特性的变化。我们可以称其为即撕即贴传感器是因为其不贵，容易安装和使用，且零维护，实际上将经常剥去其背面，粘贴此传感器到一个表面。
三，应用举例:水份/泄漏检测
图1: 基于Magnus S芯片即撕即贴传感器不需要电池和线材
图1显示了一个即撕即贴传感器的举例，在这里是一个水份传感器。其某款被用在了一个户外使用的设备生产商的程序中。水份感应吸收材料（位于magnus S芯片管理者之下）。这个设备集成了内部的元件，需要隔离雨水和喷水，此制造商的出厂检查之一就是确认防风雨。此过程在概念上是简单的：用水喷设备，检查通过密封处的水份。现实中，然而，对于水份的后曝光测试证明是昂贵的，且易出错。这水份检查包含了一个手工的探头插入数个水易形成池的位置。为了获得准确的读取，此探头必须正确地放置,要求了相当多的时间和劳动力成本来满足制造商的品质要求。
采用即撕即贴的传感器用于水份检测将会极大地提升制造商的这部分品质检查。传感器可以在设备组装的时候精准地放置在所需要的位置，在喷水暴露之后，将会自动通信，用更少的测试劳动力和更小的误差读取提供了更加一致的结果，而不会有不必要的返工。另外，传感器可以在设备的寿命期内一直放在那儿不动，如果需要的话，继续支持未来的水份测试。就像任何的RFID标签一样，传感器可以用来携带机型的型号和/或序列号。这个应用并不需要传感器有相当好的精度。制造商仅仅是需要知道传感器是干燥的，有一点点湿或泡在水里。但是如果需要的话，传感器可以提供更多的解析度。图2显示传感器输出和室内湿度的对比的一个简单测试结果。明显地，如果有应用需要它，可以实现更高的解析度。
图2：图1的水份传感器随着相对湿度的变化而返回一个传感器代码的变化。
四,它是如何工作的？
一个即贴即撕的传感器是由一个天线和一个Magnus S 传感器芯片组成（见图3）。在任何的RF系统，通信的能力取决于天线和发射器（接收器，本案就是magunus S芯片）之间的一个电气匹配（阻抗）。当阻抗匹配良好的时候，天线能够传送足够的功率到芯片，来支持芯片的工作和响应。
图3：一个基于magnus S芯片的即撕即贴的传感器只需要两个部件:芯片和一个天线
在所有的RF系统中，一个天线的阻抗会被外部的因素所影响，这就是为什么手机和射频信号有时候脱落的原因之一。为了减轻这些影响，magnus S芯片包含了一组的调谐电容在天线端口和GEN2 通信引擎之间（见图4）。这变色龙引擎通过将电容组从电路中接通或断开来调整芯片的输入阻抗，使芯片和天线保持调谐（匹配）。这从一个通信的视角看是有用的，而且当芯片是连接到一个恰当的天线也方便了感应。
图4：一个位于芯片的天线端的可变电容在提供一个感应到的刺激物的测量时,保持传感器对于RF通信的调谐
取决于天线的材料和构造,一个天线的阻抗会受一系列的外部作用所影响。对于大多数的RF系统，一个天线设计师将会努力降低这些影响来保持一致的RF通信。对于即撕即贴的基于magnus S芯片的传感器，天线设计师则会利用阻抗改变的优势来作为一个传感器输入。
变色龙电路将做调整来保持芯片电气地和天线相匹配。更重要的是，至少用于感应的目的,它将存储和汇报此调整，这有必要来保持正确的匹配。其结果就是，你可以连接芯片到一个可以预测一个想要的刺激物的天线，然后使用调谐电路的输出作为一个传感器读取。例如，图1中显示的传感器使用了对水份敏感的天线。当它开始变湿的时候，天线的阻抗改变了变色龙电路，调制芯片的阻抗作为回答。
电路所做的调整保持传感器调谐，以致于与读卡器的速度（每秒至500个标签）和通信距离(某些设计可以到达十米)保持不变。还有，内部调整的幅度，直接和水份出现的程度相关，它是存储在一个芯片存储器位置叫做传感器代码。这传感器代码可以在任何想要读水份的时候和读卡器通信而得到。那就是图2中Y轴显示的传感器代码。
回到图2，看得出来传感器描述的干或湿应用,比实际所需要的更加具备响应性。幸运的是，更改天线的设计来降低其水份灵敏度只是一个简单的问题,使其对应用更加强壮。在另一方面，如果需要更加精密的话，标签可以在制造的时候或在布局使用的时候进行校正。由于芯片可以作为一个标准的RFID芯片,带用户存储器来工作，一个校正常量或多个校正值可以在一个已知环境进行计算。存储在芯片内，当需要的时候用来做基准。校正策略就像传感器本身那样可以被设计，来满足应用的需求。
可以做少许更改对水份传感器标签对湿润的灵敏度做改变。也可以忽略水份来设计一个天线对比如压力的响应，而不是水份。图5是一个基于不同的天线设计的压力传感器；它使用了一小片金属膜通过一个可压缩泡沫悬挂在天线的一部分。
图5: 用一个magnus S芯片和在可压缩泡沫上的金属膜制成的压力传感器
当泡沫被重物或者气压压缩时，金属就靠近天线结构，继而产生一个阻抗和传感器代码的改变。图6显示了其传感器代码相对于施加的压力的响应。
图6：图5的压力传感器返回一个随施加压力而改变的传感器代码。
对于这些和许多其它种类的传感器，可以使用同样的Magnus S芯片。对一个特定传感器所有需要做的就是芯片所互连的合适的天线。因为多个刺激物能同时在天线上产生行为，天线设计师必须小心传感器将会在什么样的环境下工作。不准确的结果是有风险的，除非传感器是在已知目标应用的环境要求下设计的。一个好的设计将对感兴趣的因子敏感，而对其它可能出现的刺激物不敏感。
五,设计方法支持大量的应用
即撕即贴的传感器实质上能用于无限的应用范围。任何影响或能设计来影响天线电气特性的行为或作用力都可以用来制造一个传感器:
1，关于水份大量存在的应用，包括水蒸汽检测，湿润库存的感应，当水份能导致产品损失或恶化，对霉和腐烂敏感水份检测应用，难以进入的位置的泄漏检测。
2，用一个阻抗的改变可以制成固态薄膜,来和一系列的毒气反应。这些薄膜使能传感器标签的构造来响应于工业中重要的气体如CO，CO2，NOx氮氧化物，H2S硫化氢，O2和CL2氯气。薄膜沉积到一个相互交错的天线结构,在出现目标气体时能产生足够的改变,这样来做即撕即贴的传感器设计。
3.图5的压力标签是基于一个金属膜，由压缩泡沫保持在一个天线电路。它可以在轮胎中用于气压感应，或用于物理的重量或力感应。增加的压力会压缩泡沫，使得膜片更加靠近天线电路，继而改变其电气响应。可以使用这同样的原理来制造接近传感器来检测移动。
天线本身的机械变形会产生一个天线的共振频率的改变，且变色龙引擎会做调整来适应这个变化。对于报警器，应力检测比如结构完整性监控和柔软件的变形这些应用是可能的。即撕即贴的传感器的最佳应用场合应该是以前并未使用传感器的位置。几乎在所有的情形下，已经存在传感器的地方都可能被一个即撕即贴的传感器所测量。再者，大多数的情况下，现有传感器会提供更高的解析度和精度。但是在许多应用中，一个基本的感应能力是足够的，支持传统传感器所需的高性能是无法满足的。
六,总结
随着时间的推进，即撕即贴的传感器会用在更宽广的范围应用。这些应用中的一些只需要单一读卡器和几个传感器而已，就像用来监控密封设备中泄露的水份传感器一样。在其它场景下，可以使用大量的传感器来监控结构的情况或一个设施的环境。这些传感器将会有一个共同的主题：它们将是无源的，无线的，容易使用且便宜。
即撕即贴的传感器帮助所有的事物物联网，而不是昂贵的事物。它们使能了传感器用在有线，带电池，和多元器件电路板是成本高昂的地方.它们将会互补传统传感器，而不是和现有的精密传感器竞争，且建立新的机会来明白和控制我们周围的世界。
关于作者：
Hal Steele是RFmicron的全球销售VP,有25年的半导体行业经验，专注于无线，嵌入式处理器和RFID市场的方案。
RFMicron传感器标签料号清单(免电池,无线,免维护,传感器标签按场景定制)
RFMicron Inc传感器标签料号清单:
1, RFM3200 温度传感器标签101.7*31.9mm(环境和材料,冷链,数据中心UPS电池表面...)
2, RFM3250 温度传感器标签(恶劣环境比如数据中心,马达,电力线,开关柜,轴承,数据中心UPS电池连接点...抗金属)
3, RFM2100 水份,液位,接近,泄露,薄雾传感器标签101.7*31.9mm(环境和材料)
4,RFM2110 水份传感器标签104.7*19.1mm(汽车漏水,飞机,造船厂,抗金属)
5, RFM2120 水份传感器标签104.7*19.1mm(医疗成人,婴儿尿布,液位)
6, 压力和接近传感器(工业称重,汽车胎压)
7, RFM5104-A 无线预见性维护系统
8, RFM5101-A 湿度和温度传感器开发套件
9, RFM5102-A 湿度和温度传感器开发套件
10, RFM5103-A 物联网开发平台
11, RFM5105-A 无线失禁管理系统
12, RFM5106-A 汽车漏水检测套件快速检测漏水来改善质量和可靠性
13, Magnus-S3 温度传感器芯片
14, Magnus-S2 湿度传感器芯片
15, RFM1516 水份入侵检测系统
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