Überblick über den RFID-Sensor

Radiofrequenz-Identifikations- oder RFID-Sensoren „lesen“ elektronisch in verschiedenen Tags verschlüsselt gespeicherte Daten, die dann zum Sensor reflektiert werden. Die Daten werden kabellos durch elektromagnetische Felder an den Sensor übertragen, ohne dass ein physikalischer Kontakt zwischen dem Sensor und den Etiketten erforderlich ist.

 

Etiketten für kurze Entfernungen, die Daten höchstens einige Meter weit übertragen können, werden mittels magnetischer Felder gelesen und mit Energie versorgt, einige beziehen ihre Energie aber auch aus der vom RFID-Sensor abgegebenen elektromagnetischen Strahlung, andere aus Batterien. Die letzteren ermöglichen eine Auslesung über mehrere hundert Meter Entfernung und als großer Vorteil gegenüber elektronischen Lesetechnologien wie Barcodes muss das Etikett nicht direkt auf den Sensor ausgerichtet werden. Durch die Einbettung solcher Etiketten in zahlreiche Objekte können diese mit einem RFID-Sensor problemlos aus der Entfernung verfolgt werden.

 

Die industriellen Anwendungsgebiete dieser kabellosen RFID-Sensor-Technologie mit elektronischen Etiketten sind äußerst facettenreich: Etiketten können in Medikamente eingebettet werden, so dass sie im Lager identifiziert und lokalisiert werden können, Fahrzeughersteller verwenden RFID-Etiketten für die Fortschrittsüberwachung bei der Montage, und Haus- und Nutztieren können winzig kleine Chips unter die Haut injiziert werden, um sie einfach und unverzüglich zu identifizieren.

 

RFID-Tags werden heutzutage auch regelmäßig aus Sicherheitsgründen an Arbeiter der Gas- und Ölindustrie auf Bohrinseln ausgegeben: Die Tags ermöglichen jederzeit ihre Lokalisierung und im Notfall kann jede Person schnell und präzise ausfindig gemacht werden.

 

Geschichte

 

Die Vorläufer der modernen RFID-Sensoren entstanden während des Zweiten Weltkriegs in Form von IFF-Transpondern, die anhand der Geräusche von Flugzeugen feststellen konnten, ob es sich um feindliche oder verbündete Maschinen handelt. Diese Geräte werden von der Luftfahrtindustrie noch heute zur Flugzeugidentifikation eingesetzt. Ein konzeptionell großer Schritt in der Entwicklung moderner RFID-Geräte wurde 1948 in Form einer bahnbrechenden wissenschaftlichen Abhandlung des Radiotechnikers Harry Stockman gemacht. Stockman prognostizierte eine neue Generation von Kommunikationsinstrumenten, die auf „rückgestrahlten Wellen“ basierten – das Hauptmerkmal moderner RFID-Technologie.

 

Das erste Gerät, das tatsächlich Energie aus dem abfragenden Funksignal bezog, wie es bei heutigen RFIDs üblich ist, war Mario Cardullos passiver Transponder aus dem Jahr 1973, den er für den Einsatz in zahlreichen Branchen vorgesehen hatte, insbesondere, da er mit einem Speicher ausgerüstet war, was ihn sehr vielseitig machte. Cardullo stellte sich vor, dass er bei der Entwicklung elektronischer Nummernschilder, der Überwachung der Leistung von Fahrzeugen, der Übermittlung medizinischer Patientendaten, der Identifizierung von Mitarbeitern und automatischen Türöffnung in Sicherheitssystemen, bei der Erstellung elektronischer Kreditkarten und Scheckbücher im Bankwesen und in zahlreichen anderen Bereichen Einsatz finden könnte.

 

Zehn Jahre später, im Jahr 1983, war die Technologie so weit fortgeschritten, dass sie sowohl aktiv als auch passiv funktionierte, und das erste Patent mit dem Namen „RFID“ wurde dem Elektroingenieur und Erfinder Charles Walton erteilt.

 

Technische Aspekte

 

Die RFID-Technologie nutzt ein Lesegerät oder einen „Abfrager“, der ein kodiertes Funksignal aussenden kann, um speziell konstruierte elektroaktive Tags oder Etiketten „abzufragen“. Wie bereits beschrieben, enthalten diese elektronisch gespeicherte Daten. Der Abfrager „liest“ oder erhält die vom Tag reflektierte Antwort. Die Informationen, die eine Etikette als Antwort auf das Abfragesignal schickt, unterscheiden sich von Modell zu Modell; von einigen erhält man nur eine Seriennummer, andere können jedoch wesentlich mehr Informationen liefern, wie beispielsweise das Produktionsdatum des etikettierten Objekts, Daten über die spezifischen Merkmale des Produkts sowie eine Chargen- oder Lagernummer.

 

Batteriebetriebene Tags sind generell „aktiv“ und senden entsprechend einem vorgegebenen Plan ihre spezifischen Identifikationssignale aus. Passive Tags werden nur durch das von einem RFID-Lesegerät ausgehende Signal aktiviert, wohingegen batteriegestützte passive (BAP) Tags aktiviert werden, sobald der Abfrager sich in ihrer Nähe befindet.

 

Lesegeräte können „passiv“ (Passive Reader Active Tag-Geräte, PRAT) oder „aktiv“ (Active Reader Passive Tag, ARAT) sein. Wie ihre Bezeichnung schon andeutet, fragen PRAT-Lesegeräte nicht die Etikette ab, sondern werden mit batteriebetriebenen aktiven Tags verwendet, die aktiv ein Signal an sie übertragen. ARAT-Lesegeräte senden aktive Signale für die Abfrage passiver Tags aus.

 

Langsame RFID-Geräte mit geringer Reichweite im Frequenzbereich von 120 - 150 kHz werden üblicherweise eingesetzt, um Fabrikdaten zu erheben oder Tiere zu identifizieren, wohingegen am anderen Ende der Skala Hochgeschwindigkeits-Mikrowellen-RFID-Geräte mit Reichweiten von bis zu 200 m im Frequenzbereich von 3,1 - 10 GHz arbeiten. Etiketten im Niedrig- und Hochfrequenzbereich müssen sich für die Abfrage nahe am Lesegerät befinden (deshalb werden sie als „Nahfeld“ bezeichnet), hauptsächlich da sie nur einen winzigen Bruchteil einer Wellenlänge entfernt sind. Ultrahochfrequenz-Tags setzen andere Lese- und Übertragungsverfahren ein und aktive Versionen können so konfiguriert werden, dass sie verschiedene und andere Empfänger und Sender einbeziehen. Sie müssen auch nicht notwendigerweise auf eine Frequenz reagieren, die der des Signals des RFID-Lesegeräts entspricht.

 

Lesegeräte können Reaktionen von mehreren Tags hervorrufen (beispielsweise bei Aufbewahrung ähnlicher Produkte oder Komponenten in einer Kiste in einem Lagerhaus). Lesegeräte können so konfiguriert werden, dass sie diese Signale voneinander trennen, um spezifische Tags zu lokalisieren.

 

Aktuell bemüht man sich, RFIDs so weit wie möglich zu miniaturisieren: Biologen der Bristol Universitiy gelang es 2009, lebenden Ameisen winzige Mikro-Transponder aufzukleben, um ihr natürliches Verhalten zu verfolgen. Chips werden heute mit Maßen nicht viel größer als ein Staubkorn hergestellt, wobei der offiziell kleinste von Hitachi entwickelt wird: er misst lediglich 0,05 mm x 0,05 mm.

 

Produkteinsatz - wo RFID-Sensoren in der Fertigung eingesetzt werden

 

RFID-Geräte sind heutzutage allgegenwärtig. In Form von microSD-Karten können sie in Smartphones eingesteckt, elektronisch mit dem Konto des Nutzers verbunden und zur Tätigung von Zahlungen genutzt werden. Verbunden mit tragbaren Computern wird die RFID-Technologie heute weitläufig in der Bestandsverwaltung eingesetzt, da sie eine papierlose Alternative bietet und arbeitsaufwändige manuelle Dateneingaben eliminiert. RFIDs können an Fahrzeugen befestigt werden, so dass diese automatisch gesicherte Bereiche passieren können, ohne dass der Fahrer aussteigen und dem Sicherheitspersonal einen gedruckten Ausweis vorzeigen muss. Der Bereich, in dem sie aber am häufigsten eingesetzt werden, bleibt der Transport und die Logistik, wo sie die Feinheiten des Yard-Managements, des Cross Docking und der Genauigkeit bei der Lokalisierung mehrerer Produkte an Fracht- und Vertriebsstandorten revolutioniert haben.

 

Wie sich RFID-Sensoren von anderen Sensoren unterscheiden

 

Das Markenzeichen der RFID-Technologie ist die effiziente Nutzung von Funksignalen für die Übertragung und den Empfang kodierter Daten, welche dann für die Identifikation und Lokalisierung verschiedener Objekte, die Verwaltung von Unternehmensbestand oder die automatische Aktivierung von Toren und Türen gesicherter Standorte eingesetzt werden können.

 

Aktuelle Vorteile und Grenzen des Produkts

 

Die Kosten der RFID-Technologie sind relativ niedrig und die Steigerung der Effizienz immens, da die Technologie die Anzahl von auf dem Transportweg verlorenen Gütern extrem senkt und den Fahrern effizientere Routen ermöglicht. Mit zunehmender Miniaturisierung wird die Technologie zweifelsfrei immer vielseitiger, die Haupteinschränkung besteht momentan jedoch darin, dass es extrem schwierig ist, Antennen an den mikroskopisch kleinen Tags anzubringen, weshalb die „Leseentfernung“ für Etiketten in der Größe eines Staubkorns momentan nur wenige Millimeter beträgt.

 

Bürgerrechtsgruppen haben Bedenken geäußert, dass Dritte zu einfach auf Tags, die persönliche Informationen über Einzelpersonen enthalten, zugreifen können, was die Privatsphäre ernsthaft gefährdet.