W pracy przedstawiono możliwości zastosowania badań modelowych pola elektromagnetycznego do optymalizacji konstrukcji obwodu antenowego w celu zapewnienia radiowej identyfikacji obiektów RFID usytuowanych w otoczeniu metalicznym oraz analizę zjawisk cieplnych indukowanych przez zewnętrzne pole magnetyczne w transponderach systemu RFID przeznaczonych do pracy w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.
Przyjęcie modelowania pola magnetycznego jako podstawowej metody badawczej umożliwiło określenie wpływu otoczenia metalicznego na pracę obwodu antenowego oraz na zasięgi odczytu głowicy antenowej RFID. Szczegółowo rozważano typowe układy powietrznych cewek w otoczeniu metalicznym oraz układy anten ferrytowych. Pozwoliło to na opracowanie metody postępowania, w której rezultaty symulacji obwodów elektronicznych (SPICE) przenoszone są do programu COMSOL Multiphysics, w celu wyznaczenia rozkładu pola indukcji magnetycznej w funkcji odległości od głowicy antenowej RFID znajdującej się w otoczeniu metalicznym. Uzyskane dane pomiarowe na zbudowanych stanowiskach badawczych służyły do weryfikacji badań modelowych i prac konstrukcyjnych, jak również stanowiły podstawę analizy zachowania się podzespołów RFID.
W wyniku przeprowadzonych badań opracowano konstrukcję obwodu antenowego oraz elektroniczne obwody detekcyjne głowicy czytnika RFID. Dodatkowo na podstawie przeprowadzonych badań wytypowano odpowiedni transponder RFID oraz opracowano procedurę badawczą i cykl projektowo-konstrukcyjny zapewniający bezpieczną jego eksploatację w podziemiach kopalń. Otrzymane w trakcie prac podzespoły są obecnie ważnymi składnikami systemu identyfikacji obudów górniczych RFID wdrożonego do eksploatacji w polskim górnictwie.
Title:
Generation and control of magnetic fields for radio frequency identification RFID and inductive energy transfer
Abstract:
The paper presents the applicability of electromagnetic field model research for optimization of antenna circuit construction to ensure proper radio frequency identification of objects located in the surrounding metallic elements and for analysis of a heating process induced by external magnetic field inside RFID system transponders designed for use in potentially explosive atmospheres.
Modeling of a magnetic field was used as the primary research method in order to determine the influence of the surrounding metallic elements on correct operation of the antenna circuit and the reading ranges of RFID reader. Typical air coils design surrounded by metallic elements and ferrite antenna constructions were considered in detail. It allowed to develop a method, in which the results of an electronic circuit simulation are transferred to the COMSOL Multiphysics program in order to determine magnetic field distribution as a function of distance from the RFID reader antenna located in the surrounding metal. The measurement results were used to verify the model and the construction and were the basis of the RFID components behavior analysis. The antenna circuit construction and the detecting electronic circuits of the RFID reader were designed based on the performed research. In addition, based on the research, the appropriate RFID transponder was selected with the test procedure and the design-construction method, developed to ensure safe operation in the underground mines. The designed components are now important elements of the radio identification system for mining roof supports used in the Polish mining industry.
