RFID olvasás fém és folyadék környezetében

Az RFID alkalmazása a divatáru kereskedelemben egyre elterjedtebb. Semmi problémát nem okoz egy dobozban lévő nagy mennyiségű ruha azonosítása pillanatok alatt. Tegyünk ugyanebbe a csomagba dobozos sört és egyből problémák tömegével szembesülünk. Mi a megoldás? Felejtsük el ilyen termékek esetén az RFID azonosítás lehetőségét? Szerencsére nem kell ilyen kishitűnek lennünk…

A divatáru kereskedelemben érdekelt vállalkozások ellátási láncába nagymértékben beépült az RFID (rádiófrekvenciás azonosítás) azonosítás. Kiváló megoldást jelent az RFID, mivel számosságban és féleségben is nagy tömegű terméket lehet hatékonyan, pontosan és gyorsan kezelni az ellátási láncban. Az RFID előnyei a gyártástól a kiskereskedelmi értékesítésig mutatkoznak, így ebben a szektorban tapasztalható az egyik legnagyobb fejlődés az RFID alkalmazásában.

Az RFID tag nagy mennyiségű információt tartalmazhat minden egyes termékről (szín, méret, sarzs, gyártási és logisztikai információk stb.), ezért pontos RFID olvasás mellett biztosítja a termékek nyomon követését, az adatok gyors bevitelét. Az RFID tag-ek ára régebben szinte a “megfizethetetlen” kategóriába esett, csak kiemelten értékes termékek azonosítására volt rentábilis az alkalmazása. Mára ezek ára a néhány centes kategóriába esett, köszönhetően a folyamatos kutatás-fejlesztésnek, valamint az RFID technológia elterjedésének.

Az egyéb, főként FMCG (gyorsan forgó napi cikkek) területen működő termelő és kereskedelmi vállalkozások ellátási láncában szintén látják a potenciált az RFID alkalmazásában, az RFID tag ára lehetővé teszi a tömegcikkeken való alkalmazást is. Mivel a kezelendő áru volumene itt is óriási, az RFID beruházások megtérülése rendkívül gyors. A napi cikkek között viszont jelentős a fém alapú csomagolások és folyadékot tartalmazó cikkek aránya.

A korszerű laminált csomagoló anyagok egy jó része tartalmaz fém réteget, mely a csomagolt termék (első sorban fény elleni) védelmét szolgálja. A tartós élelmiszerek csomagolásában ezek a korszerű anyagok nélkülözhetetlenek (pl. UHT tej, levesporok, kávé, tápszerek, csokoládé stb.).

A kozmetikai és tisztítószerek, valamint az élelmiszerek nagy hányada természeténél fogva folyadék, vagy magas a nedvesség tartalma. RFID azonosítással foglalkozó szakemberek számára az igazi kihívás, amikor ezek laminált csomagoló anyagok valamelyikében vannak elhelyezve.

RFID azonosítás – miért probléma a fém és folyadék?

Az RFID azonosítás során rádióhullámok segítségével “kommunikál” az RFID olvasó az azonosító tag-el. A problémát két fizikai jelenség okozza, a rádióhullámok visszaverődése és az elnyelődés. A fémes felületekről részben visszaverődnek a rádióhullámok, melyek zavaró interferenciát okoznak, ezzel zavarják a sikeres RFID olvasást. A folyadékok esetében az elnyelődés jelensége okozhat kudarcot a leolvasásban. Mivel kis energiájú RF sugárzást használnak az RFID olvasók (jellemzően 0,5-1W), az elnyelődés mértéke olyan lehet, hogy a rakat belső részén helyet foglaló azonosító tag-ekig el sem jut a rádióhullám.

RFID azonosítás – miért probléma a fém és folyadék?

Hogyan viselkednek az egyes RFID frekvenciák fém és folyadék környezetében?

Az aktív tag-ek (beépített áramforrással rendelkeznek) nagyon drágák még jelenleg is, viszonylag nagy méretűek, így főleg konténerek követésére használják. Az aktív RFID azonosítók automatikusan “sugározzák” a jeleiket, amikor működőképes RFID olvasót érzékelnek a környezetükben. Az olvasási távolság több tíz méter lehet. Az ún. passzív RFID tag-ek alkalmasak a termékek egyedi azonosítására. Ezek kis méretűek, olcsók, nagy tömegben elérhetők.

A passzív tagek-ek alapvetően 3 különböző frekvencia sávban működnek, ezek fizikai viselkedése is nagy mértékben eltérő.

Az ideális RFID tag:

  • kis méretű,
  • nagy távolságból olvasható,
  • nagy sebességgel olvasható,
  • ellenáll a környezeti hatásoknak, vegyi anyagoknak, szélsőséges hőmérsékletnek,
  • és nem utolsó sorban olcsó.

UHF RFID olvasás

Az UHF (Ultra High Frequency) RFID olvasás a 800-900 MHz frekvencia tartományban történik. Nagy távolságú olvasást tesz lehetővé (akár 8-10 méter). Az UHF RFID érzékeny a fémek és folyadékok jelenlétére.

HF RFID olvasás

A HF (High Frequency) RFID sokkal jobban olvasható fém felületekről, vagy folyadékkal teli edényekről, ugyanakkor az olvasási távolság töredéke az UHF RFID olvasási távolságának. (maximum egy méterig, de jellemzőbb a pár tíz centiméter)

LF RFID olvasás

Az LF (Low Frequency) RFID olvasási távolsága maximum 30cm, azonban jellemzően inkább pár centiméter. Fémes felületen nem teljesít jól, azonban kiválóan alkalmas folyadékkal telt edények azonosítására. A kereskedelemben és az ellátási lánc minden pontján egyértelműen az UHF RFID válik az “arany standardá” a nagy olvasási távolság miatt. Viszont itt előfordulnak fémek és folyadékok. Mit lehet tenni?

UHF RFID lehetőségei fém és folyadék környezetében

Az RFID tag-ek chip és antenna rétege elkülönül egymástól. A gyártás során külön ipar gyártja az antennákat, chipeket, valamint a “tokozást” vagy hordozó réteget. Az UHF RFID tag-ek esetében a fémes felületen alkalmazható egyik lehetőség, hogy az antennát eltávolítjuk a fém felülettől. Ez gyakorlatban általában 8-10mm hordozó réteget (távtartó) jelent a tag érintkező felülete és az antenna között. Ezek a tag-ek ez miatt már komoly vastagsággal rendelkeznek, így korlátozottan használhatók napi fogyasztási cikkek esetén. Az áruk a speciális tokozás miatt viszonylag magas.

A második lehetőség folyadékok esetén, hogy hagyományos 2D tag-et alkalmazva körültekintően kikalkuláljuk a tag pozícióját a terméken, figyelembe véve a tárolás, szállítás körülményeit. Klasszikus 6 PET palackos üdítőital csomagok esetén jó eredményeket értek el ezzel a módszerrel. Mivel minden pontot figyelembe kell venni az ellátási láncban, valamint sok szakértői munkát igényel, nem nevezhető a legpraktikusabb módszernek.

A harmadik metódusnak az kínálkozik, hogy az antennát vertikális pozícióba állítjuk a fém felülethez képest. Ezzel igen jó RFID olvasási teljesítményt érhetünk el, azonban mivel a napi fogyasztási cikkek nagy tömegben vannak egymás mellé-fölé pakolva egy rakaton belül, itt nem igazán ad használható megoldást. Elsősorban műszaki cikkek belsejében helyezhető el ilyen RFID azonosító (TV, mobiltelefon stb.).

UHF RFID lehetőségei fém és folyadék környezetében

Mi várható a közeljövőben?

A hagyományos úgynevezett 2D RFID-tag után várható a 3D RFID-tag megjelenése. A kutatások abban az irányban történnek, hogy chip és az antenna az eddigi két réteg helyett egy rétegben kerüljön elhelyezésre. Ennek megoldása nem új technológia fejlesztését igényli, hanem az eddigi széttagolt gyártási eljárások egy lépcsőben történő megvalósítását. A gyártási technológia megújításával létrehozható a chip és az antenna egy rétegben történő gyártása. A gyártási technikát már kidolgozták a kutatók, a 3D antenna elhelyezhető egy rétegben, azonban jelen pillanatban a projekt csak pilot fázisban van, a költségek így magasak (VTT Technical Research Centre of Finland).

A hagyományos 2D RFID tag-ben használt PIFA (Plannar Inverted F Antenna) jó eredményeket ad fémes felületeken, azonban a problémát az egyes rétegek illesztése jelenti. A jövő az ún. PAFFA (Plannar Assimethrically Fed Folded Antenna) antenna és az új gyártási eljárásoké.

Az új típusú 3D tag-ekben kiküszöbölhető a rétegek közötti átmenetek hibája, kisméretű, nagy távolságból olvasható és olcsó UHF RFID-tagek gyárthatók. Az új típusú tagekre igen nagy szüksége van az FMCG szektor mellett az autó- és gépiparnak egyaránt.

Mikorra várható a 3D UHF RFID tag-ek megjelenése a piacon?

Várhatóan 2018-2020 lesz nagy tömegben ellőállítható 3D tag, mely megbízható teljesítményt nyújthat a fémek és folyadékok jelenléte mellett az RFID azonosításban. Addig a jelenleg elérhető 2D tagek alkalmazásával kell beérnünk.

Ajánlatkérés