电磁微声(EMMA)主要工作原理:雷达发射一段查询脉冲信号,微声芯片收到电磁脉冲之后,可将微弱的电磁脉冲信号转化为声表面波,并在基片上传播。此时微声芯片即已经工作,其反射携带编码信息的回波,经雷达天线接收并解码,得到微声芯片的 ID 信息或者传感信息。
系统主要由微声标识器、雷达以及天线组成。其中,微声标识器内的芯片是基于压电材料制作而成,具有耐高温、纯无源、信号穿透能力强、抗干扰能力强、具备温度传感功能等优点,非常适用于特殊恶劣环境下的识别。微声芯片主要由天线、叉指换能器、反射栅、压电基片构成,其中天线与叉指换能器直接相连,反射栅按照一定的编码规律放置在压电基片上,压电基片一般由压电材料制备而成,如铌酸锂、石英、硅酸镓镧等。天线主要用于发射和接收高频电磁波信号;叉指换能器是一种换能元件,由于逆压电效应可激发出声表面波,主要用于实现电信号与声表面波信号的能量转化;反射栅用于反射和透射声表面波。
技术优势:
EMMA技术与IC-RFID技术相比,最本质的区别在于芯片的基片材料上,常规的标签其核心器件为硅基底的IC芯片,而微声芯片是压电基片的声表面波材料制作而成,这使EMMA技术具有以下优异的性能:
1、纯无源。读取距离远,IC标签需要将载波信号转化为内部电压才能正常工作,而微声标识器是真正意义上的纯无源,标签工作无需最低能量来维持,利用自身材料特性被动地反射查询信号,因而在工作过程中无需阅读器持续不断的载波能量辐射。因此信号穿透能力远超过IC标签,即阅读器发射同样的功率信号,微声标识器的读取距离远超IC标签。且微声标识器信号可穿透一定厚度的水、混凝土、泥土。
2、使用寿命长。与IC标签不同,微声标识器所采用的是压电材料,不包含任何电子元器件,因此使用寿命可以远超过IC标签,非常适合设备常年免维护的应用需求。
3、最大工作温度高。微声标识器所使用的基片材料和电极,可在350℃下的高温正常工作,配合耐高温天线使用,可以长期工作于高温设备表面 150℃-300℃高温环境,该高温环境下SAW芯片可持续工作。特种定制的SAW标签芯片工作温度可达到400℃、600℃以及1000℃。
4、传感功能。由于压电材料对温度、应力的敏感性,微声芯片可测量温度、应变、应力、压力等传感量,也可进行识别定位。
5、识别速度快。微声标识器的阅读器本质为一种脉冲雷达,具有识别速度快、抗干扰能力强的优点,最快单次识别时间仅需10us。
6、无串扰。识别空间内,雷达仅识别1个微声标识器,在常规RFID标签易串扰的环境下,EMMA系统仅识别信号最强的微声标识器,具有极好的单标签识别能力,极低的相邻标签的串扰影响概率。
总之EMMA技术在恶劣环境的适应能力上远远领先于常规半导体技术,具有纯无源、信号穿透能力强、抗干扰能力强、具备温度传感功能等优点,非常适用于钢铁冶炼恶劣环境下的设备识别与定位管理。同时,IC RFID具有防碰撞、成本低的优点,EMMA技术与IC RFID配合使用,可实现全温度段高温熔融金属容器的智能物联。
EMMA技术在冶金的钢包识别、包号识别、钢包跟踪调度、炼钢物流跟踪系统、冶金铜包定位等应用验证成功,系统运行多年,经冗余设计,识别率可达100%。
电磁微声技术在识别距离上达到了世界先进水平,微声芯片的最高工作温度与世界一流水平同步。目前在上海宝钢,湛江钢铁,永钢,龙钢均长时间稳定运行,是我国钢铁包物流跟踪系统首次使用EMMA 技术,验证了本系统的有效性、稳定性。