紧密结合数字标识与温度测量

作者:侯志刚 文章来源:北京昆仑海岸传感技术有限公司 发布时间:2012-08-13

为满足现代冷链储运过程中货物的温度管理要求, RFID温度标签可实现货物运输过程中对温度的实时监控和可追溯性,最大限度地降低因温度因素造成的损失。

冷链运输是指在运输全过程中,无论是装卸搬运、变更运输方式还是更换包装设备等环节,都使货物始终保持一定的温度。冷链运输方式可以是公路运输、水路运输、铁路运输、航空运输,也可以是多种运输方式组成的综合运输方式。冷链运输是冷链物流的一个重要环节,其对象主要有:疫苗、血液制品、速冻食品、肉类等、冷饮、蔬菜、水果、水产品等。

RFID标签根据其能量获取方式,可以分为3类:第1类是无源标签,标签进入磁场后,接收读卡器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息,这类标签通常具有数字标识和有限的几个存储单元,属于被动标签;第2类是半有源标签,这类标签的射频电路同样借助于感应电流来提供能量,其它部分电路则是靠内置的电池提供能量,因此也属于被动标签的1种;第3类是有源标签,这类标签的内置电池为整个电路提供能量,主动将数据发送给接收设备,属于主动标签。后两类标签除了具有数字标识外,还具有其它的关键信息,例如温度信息,并且该信息的存储量比较大。

RFID温度标签可将数字标识与温度测量紧密结合在一起,在通过数字标识完成物资身份识别的同时,又对其所处的环境进行测量和记录。本文将就RFID温度标签应用于现代冷链运输领域进行一些深入的探讨。

温度监控及责任区分

目前,美国、日本及西欧国家的食品冷链运输率已达80%~90%,东欧国家约50%,而我国只有10%左右。对于药品而言,温度偏离将导致药品质量的劣化,甚至发生毒性变异,多肽、蛋白类药品冻结会使效价降低,影响疗效,疫苗冻结活性丧失,甚至产生有害毒素。

对于冷链运输,必须要掌握其温度情况。传统的监控方式是采用温度记录仪来测量并记录整个车厢的温度,即每台运输车辆放一台或多台温度记录仪来测量并记录运输过程中的温度,当货物到达目的地后,将温度记录仪与电脑通过有线连接的方式将数据导入计算机,再进行数据统计与分析。传统的温度记录仪存在价格昂贵、体积庞大、无法对单个箱体进行测温、无法自动识别产品信息以及需要有线连接和人工干预才能导出数据等缺点,无法满足现代冷链运输行业对温度监控的要求。

除了温度外,冷链运输行业还面临一个责任区分问题,一位冷链运输的负责人曾经发出这样的感慨,“我们企业的冷藏运输和冷藏库都按照食品达标温度控制,但从供应商那里接货的时候,经常发现供应商没有把货物按照相应的温度要求来操作,因此,我们会把货物重新冷冻,然后运输到各个门店,但一旦在门店出现问题,客户就把责任转嫁到我们头上。”而另一方面,对于一些责任心不强的企业,为了节省费用,不能做到全程开机。所以责任区分也是一个急需解决的问题,即当产品到达接收方出现质量不符合要求时,必须判断出是否是由于货物运输温度不符合要求导致的。

温度标签满足监控要求

RFID作为一种新兴的自动非接触性识别技术在国内外已经得到了迅速的发展,将RFID技术引入物流应用领域的研究业已成为热点。在烟草分拣和汽车制造企业中的应用仅仅是把RFID作为一种标识,用来识别产品,而对于现代冷链运输行业,不但要关心其产品的标识,更关心与之相关的温度值。而温度标签因同时具备数字标识和温度信息,可以满足冷链运输温度监控的要求。

半有源温度标签通过内置电池为温度采集和存储提供能量,可独立完成操作。当进入到读卡器有效识别范围内时,通过读卡器的激励来获取能量从而完成数据交换,这种温度标签具有极低的电流消耗。

半有源的温度标签主要有两种类型,分别是符合ISO/IEC 15693标准的高频温度标签和符合ISO/IEC 18000标准的超高频温度标签。二者主要的区别体现在穿透力和识别距离上,高频温度标签的穿透力较强,适用范围比较广泛,可同时适用于液态货物(如血液制品)和固态货物(如速冻食品)的运输,其缺点是识别距离比较短,即便是借助于大功率的读卡器,其有效识别距离也通常保持在1m范围之内,而对于超高频的标签来说,其识别的距离大大增加,但其穿透性又弱于高频标签。

半有源温度标签的使用流程为:在产品出库时,根据货物运输的需要,设置好温度标签的启动时间和采集间隔周期,并将其放到货物运输箱内交付货运方,待货物出库完毕,温度标签达到指定的时间后,会自动启动温度记录功能,以预设的采集周期不间断地记录环境温度值;在货物中转过程中,通过手持终端读取货箱RFID标签的信息和温度,以保证货物的有效性;在产品入库时,可由手持终端或者大功率固定式读卡器根据RFID标签信息方便、快速、准确地分拣货物,同时验证其温度是否符合存储温度,拒收不合格产品,而满足存储温度要求的货物在入库的同时,会把温度数据同步导入数据库,整个物流过程中实现了全程的温度记录,确保了产品品质。(完整的工作流程如图3所示)

半有源温度标签具有温度记录的功能,类似于黑匣子,主要用于事后责任认定,对于运输过程中的实时温度报警,则可采用有源温度标签。有源温度标签可以实时测量环境温度值,并将数据主动发送给接收设备,因此对于异常情况能快速做出反应,以提醒司机采取措施,避免损失。读取设备可实现大量温度标签的实时温度同时读取,通过读卡器内置的SD卡实现数据记录功能,通过GSM模块实现短信实时温度报警。此外接收设备本身具备网关功能,可以实现远程监控,通过联网功能将数据直接存储到数据中心,终端客户也可以通过Web网页及时查看产品温度信息。

有源温度标签需和读取设备配套使用,因此局限于冷链运输过程中对于车厢货物温度的监控,以实现货物温度的实时监控。

有源温度标签的工作频段主要有4种:433MHz、915MHz、2.4GHz和5.8GHz。4种频段并无明显的差别,433频段仅在穿透力上略胜一筹。由于有源温度标签属于主动发送数据,因此除了功耗、有效识别距离之外,数据的防碰撞能力和识别标签的最大数量也是一个重要的性能指标。

小结

半有源温度标签和有源温度标签的互补性很强,半有源温度标签可以采集并记录运输货物环境温度值,可脱离于读卡器独立运行,可用于记录货物在生产、贮藏运输、销售等到消费前各个环节的环境温度,实现全程的温度溯源,因此可以有效区分事故责任问题,同时适用于货物的运输方和委托方;有源温度标签由于其实时性、大量标签同时读取能力以及良好的扩展性等特点,较适合于冷链车辆温度监控,货物的运输方一般倾向于选择此类产品。通过二者相结合,能有效提高冷链运输的质量,进而保证货物的品质。

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