安徽农业大学时国龙副教授等：面向畜禽场景氨气检测的无源RFID传感标签研制及应用

《农业工程学报》2024年第40卷第18期刊载了安徽农业大学等单位时国龙、胡国平、蔡家柱、马文涛、丁鼎与武文辉的论文——“面向畜禽场景氨气检测的无源RFID传感标签研制及应用”。该研究由国家自然科学基金项目（项目号：62303018）等资助。

引文信息：时国龙，胡国平，蔡家柱，等. 面向畜禽场景氨气检测的无源RFID传感标签研制及应用[J]. 农业工程学报，2024，40(18)：202-209. 

DOI:  10.11975/j.issn.1002-6819.202402048

研究目的与方法：

氨气是畜禽场景中的主要有害气体之一，针对有源传感器不适于电路有线连接受限的畜禽场景问题，该研究基于高频电磁仿真软件（high frequency structure simulator，HFSS）设计了无源传感器仿真模型，选择聚酰亚胺（polyimide，PI）作为基板材料，采用丝网印刷技术研制了基于射频识别（radio frequency identification，RFID）原理的无源氨气传感标签。通过对氨气无源检测原理的解析，选择了具有高表面积的碳纳米管作为氨气敏感材料，推导了通过测量射频接收功率变化实现无源检测的数学模型；考虑谐振频率的动态调整，无源RFID传感标签采用开口间隙可调的裂环谐振器结构，通过分析传输系数的变化对RFID传感标签的检测过程进行模拟；搭建了用于实验室和畜禽场景氨气检测的射频测试系统，围绕功率反射系数、谐振频率、传输系数开展测试分析。

结果与结论：

试验结果表明，该标签检测效率易受到到二氧化碳、温湿度因素的影响，由于人工切割、基板变形、环境干扰等因素，实物标签的谐振频率与2.4 GHz的仿真谐振频率之间存在0.05 GHz左右的偏差，传感标签的灵敏度约为15 MHz·L/mg，最大阅读距离为24 cm，相比于商用氨气传感器，该传感标签在使用寿命、响应时间方面有明显优势。研究结果为畜禽场景的氨气无源检测提供了有效的理论和实践依据。