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关键词： 容抗补偿   UHF   RFID标签天线   小型化   高增益  

摘要： 随着射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术的迅速发展,社会对高效率RFID标签天线的需求更加迫切。超高频(Ultra High Frequency,UHF)频段的RFID标签天线由于具有高稳定性、远识别距离以及低成本等突出优势,因此非常具有发展前景。由于安装空间有限,标签天线的尺寸需要进行缩减,但是小型化会影响标签天线的输入阻抗、识别距离、稳定性以及耐受力。因此小型化高性能UHF RFID标签天线的设计具有非常重要的研究意义。本文针对三种阻抗不同的标签芯片,设计了三种基于容抗补偿结构的小型化高增益UHF RFID标签天线,主要工作概括如下: (1)针对在915MHz频率下阻抗为(14-252j)Ω的NXPU8芯片,设计了一种基于耦合短截线结构的小型化高增益强鲁棒性UHF RFID标签天线。传统的标签天线常常利用多次弯曲技术以减小增益为代价实现小型化性能,而本文设计的小型化标签天线与其不同。本文标签天线利用偶极子天线作为基本结构,通过加载梯形容性负载和耦合短截线的方式,增大了标签天线的电抗值,使标签天线的谐振频率向低频移动,从而实现了天线小型化性能。梯形容性负载结构和短截线结构增大了天线的辐射面积,从而增大了天线的增益。最后在915 MHz频率下,所设计的标签天线输入阻抗为(11+253j)Ω。此外,标签天线的尺寸仅为28×28×0.05 mm3,天线最大增益为-2.6 dBi,最小增益为-5.5 dBi,最大阅读距离为10.4 m,最小阅读距离为6.4 m。另外传统标签天线位于弯曲物体表面时会导致阻抗失配,而所设计的标签天线的短截线结构宽度较大,在进行弯曲实验时,标签天线电感变化较小,其仍然可以保持良好的阻抗匹配并且增益依旧稳定。这表示该标签天线具有较强的鲁棒性,可以适用于任意弯曲程度的物体表面。 (2)针对在915 MHz频率下阻抗为(25-190j)Ω的Alien Higgs 3芯片,设计了一种基于三角形枝节结构的小型化高增益UHF RFID标签天线。传统的标签天线通过使用昂贵介质基板和复杂工艺的方式实现小型化高增益性能,而本文设计的小型化标签天线与其不同。本文标签天线利用偶极子天线作为基本结构,通过加载方形容性负载和串联三组等腰三角形枝节的方式,增大了标签天线的电抗值,降低了天线的谐振频率,从而实现天线小型化性能。方形容性负载结构和等腰三角形枝节结构增大了天线的辐射面积,从而增大了天线的增益。最终在915 MHz频率下所设计的标签天线输入阻抗为(24.57+188.77j)Ω。此外,标签天线的尺寸仅为28×28×0.05 mm3,最大增益为-1.6 dBi,最大阅读距离为8 m。另外传统标签天线位于人体表面时会导致天线增益下降,而该标签天线在高介电常数的人体模拟组织上,仍然可以保持良好的阻抗匹配和稳定的增益,因此可以很好的适用于人体表面。 (3)针对在915 MHz频率下阻抗为(13.5-111j)Ω的Alien IC Higgs芯片,设计了一种基于双螺旋电感结构的小型化高增益UHFRFID标签天线。该天线利用偶极子天线作为基本结构,通过加载双T型匹配网络结构、双螺旋电感结构以及三角形容性负载结构的方式,增大了标签天线的电抗值,降低了天线谐振频率,从而实现了天线小型化性能。双T型匹配网络和三角形容性负载结构增大了天线的有效辐射面积,双螺旋电感结构中天线电流方向一致,减小了损耗。因此通过这些方法可以增大天线的增益。最终在915MHz频率下所设计的标签天线输入阻抗为(15+110.77j)Ω。此外,标签天线的尺寸仅为35×35×0.1mm3,最大增益为-0.6dBi,最大阅读距离为10m。

关键词： Adaptive fault diagnosis   antenna-augmented radio frequency identification (RFID) sensor   cluster   sparse stacked denoising autoencoder (SSDA)   transformer  

摘要： In engineering practice, transformers always have one or more new mechanical fault types that have not been found yet, which would decrease the diagnosis accuracy. This work introduces an adaptive fault diagnosis approach for transformer mechanical failure in incubation period with unknown fault types. An antenna-augmented radio frequency identification (RFID) sensor is used to acquire vibration signal and position information. The faults' signals of transformer are generally featured as nonlinear;moreover, it always contains unknown faults, making it hard to extract discriminative features from the obtained signals. Therefore, an adaptive fault diagnosis method consisting of sparse stacked denoising autoencoder (SSDA) and unknown fault cluster is proposed. The SSDA is adopted to extract robust feature and quantum particle swarm optimization (QPSO) is employed to find the optimal the layer node structure (LNS) and learning rate (LR) of the SSDA model. The SSDA model along with a full-connected layer (FCL) can divide the data into known faults and unknown faults. The knowns faults are classified by support vector machine (SVM), and the unknown faults are divided into different categories by using the fault cluster. The experiments validate that the augmented RFID sensor has reliable communication performance within the distance of 17.5 m. Moreover, the proposed method achieves prominent results for transformer fault diagnosis with unknown faults.

关键词： 装配式建筑构件   BIM技术   RFID技术   质量追溯系统  

摘要： 近年来,我国装配式建筑发展迅速,装配式建筑构件是装配式建筑的核心部品之一,对其质量进行有效的控制与管理,是确保装配式建筑质量的重点。而装配式建筑构件在现阶段出现了诸多质量不达标的问题,产生问题的原因主要包括设计阶段设计方与其他参与方缺少协同沟通,生产阶段构件原材料不达标,运输阶段构件堆放不当和施工阶段吊装工艺不完善等。一方面应尽量避免质量问题的出现,另一方面问题如果出现,对问题原因的调查,问题的处理以及责任的划分都很重要。满足这些方面需求的关键在于对装配式建筑构件进行科学有效的质量追溯,因此本文提出构建采用建筑信息模型(BIM)和无线射频技术(RFID)的装配式建筑构件质量追溯系统以解决现阶段装配式建筑构件质量追溯的难点。本文首先对装配式建筑构件质量追溯系统的要素进行了分析,明确了追溯主体为项目的建设单位,追溯客体为各参与方在项目各环节采集的装配式建筑构件质量信息,以RFID信息采集和BIM信息存储与共享为质量追溯系统的技术支撑。再通过对追溯系统的结构分析,明确装配式建筑构件质量追溯系统是以装配式建筑构件的物流为链路基础,对其过程中产生质量的信息流进行追踪的系统。然后通过追溯环节分析和追溯业务流程分析明确该系统具体的追溯信息采集流程。在分析的基础上进而对基于BIM-RFID的装配式建筑构件质量追溯系统的架构、功能、数据库表、运行方案、匹配系统的追溯管理模式进行了详细设计,以设计内容为基础实现了系统主要的追溯功能。最后将系统应用于实际的装配式建筑项目,使用系统对项目实施过程中出现质量问题的构件进行质量追溯。通过系统追溯到的质量信息帮助建设单位精确判断构件质量问题出现的环节、链路和责任方,解决了现阶段装配式建筑构件质量追溯的难点,提升了装配式建筑构件的质量管理水平。

关键词： 高频-超高频双频RFID标签天线   多种群遗传算法   多尺度卷积神经网络   长短时记忆网络   阻抗匹配  

摘要： Radio Frequency Identification（RFID）作为物联网感知层技术的重要组成部分,近年来得到了广泛地应用。其中,高频-超高频（High-frequency-Ultrahigh-frequency,HF-UHF）双频RFID标签因其既能近场通信又能远距离群读群写而备受人们的青睐。但单纯地利用电磁仿真软件如High Frequency Structure Simulator（HFSS）设计此类的标签天线却是一件费时耗力且依赖专业知识的工作。智能算法可以为复杂问题提供低成本的解决方案。因此,本文研究了基于智能算法的HF-UHF RFID标签天线设计方法,共提出3种用于该类标签天线设计的智能算法,分别是HFSS辅助多种群遗传算法(Multi-population genetic algorithm-（HFSS）,MGA-（HFSS）)、多尺度卷积神经网络堆叠长短时记忆网络算法（Multi-scale convolutional neural network stacked with long and short-term memory,MSCNN-LSTM）以及将两者相结合的MGA-（MSCNN-LSTM）算法。在基于MGA-（HFSS）的双频RFID标签天线设计方法中,本文采用改进的惠勒公式设计了HF天线,并将添加电感环结构的新型偶极子天线作为UHF天线,从而完成了双频标签天线的初始结构设计,然后利用所提的MGA-（HFSS）就天线的结构尺寸进行优化。仿真结果表明:优化后的UHF天线在915MHz时的输入阻抗为（16.75+j349.9Ω）较为接近理想值（22.5+j349Ω）,实现了与芯片良好的阻抗匹配;优化后的双频RFID标签天线的尺寸为42×42×0.075mm3,最大增益为1.4d B,最大读取距离为7.17m,与现有的双频RFID标签天线尺寸相比,所设计的天线在小型化方面具有明显的优势。在基于MSCNN-LSTM的双频RFID标签天线设计方法中,本文针对HFSS计算UHF RFID标签天线性能耗时长的问题,提出了一种MSCNN-LSTM神经网络模型代替HFSS预测UHF天线的反射系数。在MSCNN-LSTM中,MSCNN有三个通道,包括三种具有不同核大小及数量的卷积层,利用不同的卷积通道可分别提取天线的细粒度局部信息和整体特征。LSTM可以有效学习天线不同结构的电磁特性,从而提高模型的预测精度。实验结果表明,MSCNN-LSTM的平均绝对误差（0.0073）、均方误差（0.00032）和均方根误差（0.01814）均优于其他预测方法。在预测100个UHF天线的反射系数时,与HFSS的仿真时间4800秒相比,MSCNN-LSTM在保证预测精度的前提下仅需要0.927519秒,显著减少了计算时间,为HF-UHF RFID标签天线的快速设计提供了基础。本文利用MSCNN-LSTM快速确定UHF天线的尺寸,所设计的双频RFID标签天线在13.56 MHz和915 MHz处的反射系数分别为-58.76d B和-22.63d B均达到预期设计目标。最后本文将MGA与MSCNN-LSTM相结合,利用MSCNN-LSTM计算MGA寻优过程中每一代个体的适应度即天线的反射系数,只有在选出最优个体后,才用HFSS来确定其是否符合设计要求,从而大大降低天线尺寸优化的计算代价,实现了双频RFID标签天线的快速智能化设计。本文的研究工作为快速智能设计HF-UHF RFID标签天线提供了可行的方法,具有重要的现实意义和理论价值。

关键词： 装配式建筑   现场物流管理   现场布置   遗传算法  

摘要： 国务院办公厅在《大力发展装配式建筑的指导意见》中强调“发展装配式建筑是我国建造方式的重大变革,是推进供给侧结构化改革的重要举措”。我国现阶段在装配式建筑项目中成本控制还不理想,成本问题大大阻碍了装配式建筑的发展进程。通过长期跟踪和对现有文献总结,装配式建筑物流成本占项目总成本的30%,物流管理水平将直接影响建设项目的整体收益。物流成本在项目总成本中居高不下的主要原因是建筑物流各环节对施工现场物流精细化管理重视程度不够,现场物流管理体系和方法不够完善,信息化管理水平有限。 针对装配式建设项目在现场物流管理框架和管理方法上存在的缺陷和不足,对装配式建筑施工现场物流管理问题进行了研究,主要研究内容包括: 首先,从装配式建筑施工现场物流管理的角度出发,结合装配式建设工程实际和物流管理的相关理论知识,确定了装配式建筑施工现场物流的边界,针对装配式建筑物流的特点,构建了装配式建筑施工现场物流管理的框架模型,将装配式建筑施工现场物流划分为实物流和信息流。 其次,研究了装配式建筑施工现场实物流管理,针对装配式建筑设计高度标准化、构件二次搬运成本高的特点,指出实物流管理中的关键问题是现场临时设施的布置。基于BIM技术和SLP-GA优化算法来解决实物流管理中现场临时设施布置问题,将施工现场三维布置问题转化为数学模型,并与遗传算法相结合对模型进行求解,从而获得最佳施工现场临时设施的布置坐标和布置图。 再次,研究了装配式建筑施工现场信息流管理,针对装配式建筑对信息高标准、严要求的特点,构建了施工现场RFID技术管理模型,结合数据库技术实现了施工现场信息流管理,从而解决施工现场物资信息闭塞不通的问题。 最后,以实际工程项目进行案例分析。研究结果表明SLP-GA方法较SLP方法在最小物流成本上和最大综合关系上分别优化了8.58%和11.61%,验证了优化方法的有效性。同时本文将实物流和信息流集合到Fine Report看板中,实现了装配式建筑施工现场智能物流管理。 本研究为解决装配式建筑施工现场物流管理存在的问题和提升施工现场物流管理水平提供了技术和方法上的支持,对装配式建筑施工现场物流管理决策具有参考意义。

关键词： 结构健康监测   无芯片射频识别   应变传感器   多参数片上集成   无线传输系统  

摘要： 对现代大型民用基础设施进行及时有效的应变监测是保证其长期安全性运转的关键。射频识别技术(RFID)是一种基于物联网(IoT)的无线感知技术,RFID应变传感器在大型结构健康监测(SHM)领域的应用能够解决传统应变传感器依赖有源布线和数据线的缺点,并有效的扩大了传感系统覆盖的范围。目前,RFID应变传感器的研究通常关注于力学特性的识别,缺乏编码功能的融合设计,同时有芯片RFID传感器受限于集成芯片的计算能力且生产成本较高,因此开发低成本的无芯片RFID应变传感器是未来大规模物联网传感系统的发展方向之一。尽管无芯片RFID传感器具有非接触式测量、低成本生产、允许多参数传感等优点,但是现有的无芯片RFID传感识别系统往往受限于大型昂贵器件的使用而缺乏灵活性,并且无芯片传感装置的特征参数信号的提取存在检测和传输距离短、识别效率低等问题。本文致力于提出一种更加灵活经济的基于无芯片RFID应变标签信息自动识别与数据传输方案。全文的研究内容以及创新点如下:(1)针对无损检测方法在新型结构健康监测系统的发展与挑战,本文介绍了一款用于无线传感和金属应变监测的新型无源RFID集成天线传感器,并介绍了应变传感器金属应变检测的工作原理和多参数集成的过程,实现了对无芯片RFID应变标签散射信号的有线和无线测量,从应变传感机制、特征参数提取、RFID数据传输与处理等多角度对RFID应变传感器进行了全面分析。(2)推导了RFID贴片天线作为应变传感器设计的理论可行性,通过高速射频仿真软件HFSS搭建了RFID贴片天线的电磁模型并进行了优化设计。之后,建立了应变场景仿真,模拟了天线传感器在大应变下的电磁特性变化,为应变实验测量提供了理论依据。最后,通过有线应变拉伸实验验证了与仿真分析的一致性,实验结果符合理论推导。(3)设计了一款基于微带线耦合的多枝节U型谐振器用于应变传感器的标识编码,通过建立谐振器等效电路分析了U型谐振器高Q值带阻滤波特性,基于此特性改进U型谐振器并在U型谐振框内添加多枝节微带耦合线以调节频率的多状态,结合HFSS仿真设计、ADS等效电路和实物测量验证了该谐振器用于双端口网络多共振级联标签设计的可行性,在紧凑的天线尺寸和相同的工作频带上实现了更多的谐振编码位置,最后仿真分析了4-bit耦合多枝节U型无芯片RFID标签的编码可重构特性。(4)设计了可用于无线测量的超宽带收发天线和阅读器天线,通过实验测试多组铝板试件的应变标签,比较了有线测量和基于重传的无线测量实验结果,得到有线实验下标签纵向应变灵敏度为-1.72k Hz/με,无线应变测量下的标签纵向灵敏度为-1.44k Hz/με。介绍了一种可提取标签的特征参数的低成本无芯片RFID标签智能检测方案,通过搭建基于轻量VNA的金属应变无线频谱采集与数据传输平台,测量得到标签纵向应变灵敏度为-1.48k Hz/με,与无线应变测量结果-1.44k Hz/με相比,无线传输误差小于3%,验证了基于轻量级VNA实验室应变检测和自动化数据采集的可行性。

关键词： mobile robot   space mapping   RFID  

摘要： This article concerns the use of an integrated RFID system with a mobile robot for the navigation and mapping of closed spaces. The architecture of a prototype mobile robot equipped with a set of RFID readers that performs the mapping functions is described. Laboratory tests of the robot have been carried out using a test stand equipped with a grid of appropriately programmed RFID transponders. A simulation model of the effectiveness of transponder reading by the robot has been prepared. The conclusions from measurements and tests are discussed, and methods for improving the solution are proposed.

关键词： Frequency shift code (FSC)   on/off keying (OOK)   chipless RFID   particle swarm optimization (PSO)  

摘要： In this study, a novel encoding approach for chipless radio frequency identification (RFID) tags is proposed. This tag is designed with N resonant elements, each of which can be parameterized to resonate at M individual desired frequencies. Therefore, the number of encoded data points is Sigma(N)(k=0) C-k(N xM) . The introduced design concept is supported by a new mechanism to deal with the mutual coupling effect between elements, thus making the tag resonate at any desired frequency. The proposed mechanism is based on applying the particle swarm optimization (PSO) algorithm in the optimization of the tag structure parameters so that the resonant frequencies approach those determined by the user in advance. Simulation and experimental results show that the proposed approach not only overcomes one of the most troublesome pitfalls in designing chipless RFID tags, which include the limitation in data encoding capacity while keeping the tag small and uncomplex, but also changes the steps the tags are designed in such a way that the resonant frequencies can be determined before designing the tag structure.

摘要： [This retracts the article DOI: 10.1155/2021/9696472.].