L ời cảm ơn
4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản mẫu thịt
Như đã trình bày trong Phần 4.1, nước chiếm một lượng lớn trong thành phần cấu tạo của thịt bò. Dưới tác dụng của điện trường ngoài, các phân tử lưỡng cực có tính định hướng. Tuy nhiên, chúng vẫn luôn dao động do ảnhhưởng của nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng lên, sự dao động (xoay) của lưỡng cực cũng tăng theo (xem Hình 4.6). Điều này gây ra ảnh hưởng đến tính chất điện môi của thực phẩm chứa nước.
(a) (b)
Hình 4.6. Sựdao động có định hướng của các phân tửlưỡng cực dưới tác dụng của trường ngoài ở nhiệt độ thấp (a) và nhiệt độcao hơn (b).
Đồ thị trong Hình 4.7 biểu diễn tính chất điện môi của nước theo các nhiệt độ khác nhau ở tần số 915 MHz. Khi nhiệt độ tăng dần trong khoảng từ 5 đến 65oC, cả phần thực
'
và phần ảo ''của hằng số điện môi đều giảm dần. Giá trị dự đoán và kết quả đo đạc có độ sai lệch rất nhỏ.
Hình 4.7. Hằng sốđiện môi tương đối (a) và yếu tố tổn hao (b) của nước theo nhiệt độở tần số 915 MHz [24].
Nước ở dạng đá gần như là trong suốt ở tần số sóng cực ngắn (microware). Do đó, khi thực phẩm bị đóng băng, cả hằng số điện môi tương đối và yếu tố tổn hao sẽ giảm đáng
kểnhư đã nêu trong Bảng 4.1. Độ giảm này phụ thuộc vào số lượng nước trong trạng thái không đóng băng và độ dẫn ion của lượng nước ở trạng thái tự do.
Trường hợp khảo sát trên thịt bò, sự thay đổi của các thành phần của hằng số điện môi có xu hướng trái ngược nhau trong khoảng nhiệt độ khảo sát như mô tả trong Hình 4.8. Lấy ví dụ khi nhiệt độ tăng từ 5oC đến 65 oC, hằng số điện môi tương đối trên thịt bò tươi có xu hướng giảm đi trong khi yếu tố tổn hao lại tăng lên ở tần số 915 Mhz. Độ giảm của phần thực ' là rất nhỏ (vài đơn vị), trong khi sự tăng lên của phần ảo '' thì lớn hơn (khoảng 15 đơn vị). Khoảng tăng lên này của yếu tố tổn hao ( '' ) có thể làm tăng khả năng hấp thụ năng lượng điện trường và do đó làm giảm đáng kể tầm đọc của cảm biến RFID dán trên bề mặt của mẫu thịt.
(a) (b)
Hình 4.8. Hằng sốđiện môi tương đối (a) và yếu tố tổn hao (b) của thịt bò theo nhiệt độ ở ba tần số khác nhau 300 MHz, 915 MHz và 2450 MHz [24].
Ngoài ra, trong quá trình bảo quản mẫu thịt, nhiệt độ môi trường cũng có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của mẫu. Cụ thể, nhiệt độ môi trường càng cao thì tốc độ phản
ứng sinh học và hóa học diễn ra bên trong và trên bề mặt của thịt sẽ càng nhanh (xem
Bảng 4.2). Điều này có nghĩa rằng hoạt động của enzyme và vi sinh vật, phản ứng oxy hóa chất béo và quá trình biến tính protein diễn ra nhiều hơn khi nhiệt độ càng tăng. Do đó, chúng ta có thể dễ dàng dự đoán được các mẫu thịt bảo quản ở nhiệt độ cao sẽ nhanh hỏng hơn so với khi bảo quản ở nhiệt độ thấp hơn. Nghĩa là tầm đọc của cảm biến RFID dán trên mẫu thịt bảo quản ở nhiệt độ cao hơn 5 ± 1 oC sẽ đạt cực tiểu ở thời điểm trước 120 giờ bảo quản mẫu.
Bảng 4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độđến thời hạn bảo quản thực phẩm [27]:
Nhiệt độ Tốc độ phát triển của vi sinh
vật Phản ứng sinh hóa (enzyme, protein, chất béo, vitamin) Thời hạn bảo quản
Gây bệnh Gây hư hỏng
Trên 10 oC Nhanh Nhanh Nhanh Ngắn
10 oC (tươi) Chậm Khá nhanh Khá nhanh Vài ngày đến vài tuần
0 – 4 oC (làm lạnh)
Ngừng Khá nhanh Khá nhanh Vài ngày đến vài tuần (-18) – (-10) oC (đông lạnh) Ngừng Rất chậm Chậm Vài tháng Dưới (-18) oC (cấp đông) Ngừng Ngừng Rất chậm Nhiều tháng
Để kiểm chứngảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt động của các cảm biến RFID được dán trên thịt, chúng tôi tiến hành các đợtđo tiếp theo nhằm khảo sát tầm đọc của các cặp cảm biến dán trên bề mặt mẫu thịt bò được bảo quản ở các điều kiện TH3 (nhiệt độ 3 ± 1 o
Hình 4.9. Tầm đọc của cảm biến TO-01 dán trên các mẫu thịt được bảo quản ở nhiệt độ 3 ± 1 oC và 7 ± 1 oC (cùng độ ẩm 50 ± 5 %).
Hình 4.9 biểu diễn tầm đọc của cảm biến TO-01 dán trên các mẫu thịt được bảo quản ở cùng giá trị độ ẩm nhưng có nhiệt độ khác nhau. Hình dạng của các đường tầm đọc ở hai điều kiện bảo quản cũng khá tương đồng nhau. Nghĩa là tầm đọc đạt giá trị cao ở các giá trị hằng số điện môi thấp (lúc thịt còn tươi và khi mẫu thịt đã bị hỏng nặng) và giảm đi khi hằng số điện môi tăng lên (lúc mẫu thịt bắt đầu chuyển sang trạng thái hỏng). Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao (7 ± 1oC) giá trị cực tiểu củađồ thị tầm đọc rơi vào khoảng thời điểm 84 – 96 giờ bảo quản, trong khi các đường tầm đọc ở nhiệt độ thấp hơn (3 ± 1oC) xác định thời điểm hỏng của mẫu thịt là khoảng 120 giờ. Rõ ràng, các mẫu được bảo quản ở nhiệt độ 7 oC nhanh hỏng hơn khoảng 24 – 36 giờ so với các mẫu bảo quản ở nhiệt độ 3oC.
4.3. Ảnh hưởng của vị trí sắp xếp các mẫu thịt
Trong phần này, chúng tôi khảo sát tầm đọc của cảm biến RFID theo vị trí tương đối của các mẫu thịt được đặt như ở quầy hàng trong điều kiện thực tế. Cụ thể, có 2 trường hợp là các mẫu thịt được đặt nằm ngang (xem Hình 4.10) và các mẫu thịt được chồng thẳng đứng (xem Hình 4.11). Trên mỗi mẫu thịt bò mua từ METRO đều được dán cảm biến RFID TO-01. Mỗi cảm biến có 2 mã số nhận dạng khác nhau. Các mẫu thịt được bảo quản ở cùng điều kiện TH1 (nhiệt độ 5 ± 1 oC và độ ẩm 50 ± 5 %) trong suốt thời gian khảo sát.
(a)
(b)
Hình 4.10. Khảo sát vịtrí tương đối trong thực tế với các mẫu thịt được đặt nằm ngang.
(a) (b)
Hình 4.11. Khảo sát vị trí tương đối trong thực tế với các mẫu thịt được chồng thẳng đứng.
Kết quảđo tầm đọc thực tếđược biểu diễn trong đồ thị ở Hình 4.12 và Hình 4.13. Dễ dàng nhận thấy tầm đọc của các cảm biến RFID theo dõi chất lượng thịt trong cả hai trường hợp các mẫu được đặt nằm ngang và đặt chồng thẳng đứng đều bịảnh hưởng đáng kể. Tuy nhiên, trường hợp các mẫu được đặt nằm ngang sẽ ít bị hảnh hưởng hơn nhiều so với trường hợp xếp thành chồng đứng.
Từ kết quảở Hình 4.12, ứng với trường hợp các mẫu được đặt nằm ngang, ta thấy đường biểu diễn tầm đọc của các cảm biến 55 đều ít bị ảnh hưởng hơn so với cảm biến 61. Chúng vấn đạt giá trị cực tiểu ứng với giá trị hằng số điện môi của mẫu thịt ở thời
điểm sau khoảng 120-132 giờ bảo quản. Sự sai lệch so với kết quả đo trên từng mẫu thịt riêng lẻ có thể được lý giải do tương tác điện từ giữa các cảm biến (cặp ăng-ten và chíp) khi chúng được đặt khá gần nhau.
Hình 4.13. Tầm đọc của cảm biến TO-01 dán trên các mẫu thịt được xếp thành chồng đứng.
Trường hợp các mẫu được xếp chồng đứng như trong Hình 4.12, có thể thấy rằng cả hai cảm biến 55 và 61 trên TO-01 dán trên các mẫu thịt nằm bên dưới gần như không thể gửi tín hiệu vềđầu đọc RFID. Trong khi tầm đọc của các cảm biến dán trên mẫu thịt ở vị trí trên cùng cũng bị ảnh hưởng khá nhiều. Trong trường hợp này, cần phải có biện pháp cải thiện và tiến hành thêm các thí nghiệm để hoàn thiện cảm biến RFID theo dõi chất lượng thực phẩm trước khi triễn khai ứng dụng vào thực tế.
KẾT LUẬN
A. Kết luận
Trong khuôn khổ của Luận văn này, chúng tôi đạt được một số kết quả như sau:
- Trình bày khái quát về công nghệ và hệ thống RFID, xu hướng kết hợp công nghệ RFID với mạng cảm biến không dây.
- Trình bày tổng quan về nguyên lý xác định thời điểm hỏng trên thịt của các cảm biến RFID.
- Xây dựng quy trình đo tầm đọc của cảm biến trong không gian sử dụng các thiết bị và dụng cụ có sẵn trong quy mô phòng thí nghiệm.
- Tiến hành đo tầm đọc của cảm biến dán trên mẫu thịt ở điều kiện bảo quản thực tế, phân tích và so sánh kết quả đạt được với kết quả mô phỏng. Kết quả, đường tầm đọc ở các cảm biến đều cùng dạng đặc trưng và đạt giá trị tối thiểu ở giá trị hằng số điện môi cực đại ε = 61.80 + j23.98, tức là vào thời điểm sau 120 giờ bảo quản, đúng với kết quả mô phỏng.
- Kiểm chứng bằng thực nghiệm ảnh hưởng của điều kiện bảo quản như môi trường bảo quản (nhiệt độ, độ ẩm) và vị trí sắp xếp các mẫu thịt lên hoạt động của cảm biến RFID. Kết quả cho thấy, nhiệt độ bảo quản có ảnh hưởng lớn đến thời gian hư hỏng của mẫu thịt và hoạt động của các cảm biến RFID, trong khi ảnh hưởng của độ ẩm bảo quản hầu như không đáng kể. Về vị trí sắp xếp, khi đặt các mẫu nằm ngang sẽ ít gây ảnh hưởng đến hoạt động của các cảm biến RFID hơn so với khi đặt chồng thẳng đứng.
B. Hướng phát triển
- Giảm bớt sai số nhiệt độ của môi trường xung quanh để tối thiểu ảnh hưởng lên sai số tầm đọc của cảm biến RFID sau cùng.
- Khảo sát ảnh hưởng của sai số hằng số điện môi lên tầm đọc của cảm biến RFID sau cùng.
- Đề xuất mô hình và triễn khai ứng dụng trong thực tế cho các cảm biến RFID đã khảo sát.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN VĂN
- Ngan Nguyen Le, Son Dat Nguyen, Tam Gia Phan, Lan Vinh Truong, Phat Tan Lam, Eric Fribourg-Blanc, Chien Mau Dang and Smail Tedjini, Food quality detection by dielectric permittivity and intermediate standards characterization, The 4th International Workshop on Nanotechnology and Application, pp.738–741, November 14-16 2013, Vũng Tàu, Việt Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Indranil Boss and Raktim Pal Auto-ID: managing anything, anywhere, anytime in the supply chain Communications of the ACM 48 (2005) 100-106.
2. Rebecca Angeles Rfid Technologies: Supply-Chain Applications and Implementation Issues Information Systems Management 22 (2006) 51-65.
3. Klaus Finkelzeller The RFID Handbook3rd John Wiley & Sons (2010).
4. Lord Bowden The story of IFF (Identification Friend or Foe) IEE Proceedings 132
(1985) 435-437.
5. S. Tedjini, E. Perret Radio-Frequency Identification Systems and Advances in Tag Design Radio Science Bulletin (2009) 9-20.
6. BLUEBOX_UHF-Long Range_Manual_1.06_EN (2013),
wwwidtronic-rfid.com/en/bluebox-professional-rfid/bluebox-uhf/basic-controller- 4ch/
7. Norman Abramson The ALOHA System-Another Alternative for Computer Communications Fall Joint Computer Conference, AFIPS Conference Proceedings
37 (1970) 281-285.
8. Capetanakis J. Tree algorithms for packet broadcast channels IEEE Transactions on Information Theory 25 (1979) 505 – 515.
9. Nguyễn Trần Thuật và cộng sựNghiên cứu chế tạo thẻ nhận dạng sử dụng ăng-ten sóng radio bằng công nghệ nano Đề tài NCCB ĐHƯD - Bộ Khoa học và Công nghệ, Phòng Thí nghiệm Công nghệ Nano (LNT) - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (2012).
10. Williams P. G. Nutritional composition of red meat Faculty of Health and Behavioural Sciences, University of Wollongong, Australia (2007).
11. Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Thịt tươi – Quy định kỹ thuật Tiêu chuẩn Việt Nam 7046:2002 (2002).
12. Son Nguyen Dat et al A Novel Approach for Quality Detection of Food by RFID- based Wireless Sensor Tag IET Electronics Letters 49 (2013) 1588–1589.
13. Jeonghwan Hwang et al Study on an Agricultural Environment Monitoring Server System using Wireless Sensor Networks Sensors (Basel) (2010) 11189–11211.
14. Vergara A. et al An RFID reader with onboard sensing capability for monitoring fruit quality Sensors and Actuators B: Chemical 127 (2007) 143-149.
15. Ferrer-Vidal A. et al Integration of sensors and RFID's on ultra-low-cost paper- based substrates for wireless sensor networks applications Wireless Mesh Networks 2nd IEEE Workshop on (2006) 126 – 128.
16. Antti Ruhanen et al Sensor-enabled RFID tag handbook Building Radio frequency IDentification for the Global Environment (GRIDGE) (2008).
17. Infratab’s Freshtime™ tag (2007),
www.infratab.com/infratab/freshtime_tags.html
18. Savi – Sensor Tag datasheet ( 2007),
www.savi.com/products/pr.rfid.security.shtml
19. Microstrain – EmbedSense datasheet (2007),
www.microstrain.com/pdf/EmbedSense_Rev1_datasheet.pdf
20. Phan Gia Tâm, Trương Vịnh Lân Đo đạc, thiết kế và chế tạo thẻ UHF RFID thụ động cho ứng dụng quản lý thực phẩm trong siêu thị Luận văn tốt nghiệp Kỹ sư, Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (2012).
21. TAGSYS RFID - AK5 Converted Tag 650-1210-C Product Specification v1.0 (2012), www.tagsysrfid.com/en-EN/products/tags/ak5/9
22. Đặng Mậu Chiến và cộng sự Nghiên cứu chế tạo thẻ nhận dạng siêu cao tần bằng công nghệ in phun dùng cho các ứng dụng cảm biến Đề tài Nghị định thư song phương với Cộng hòa Pháp, Phòng Thí nghiệm Công nghệ Nano (LNT) - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (2014).
23. P. Fellows Food processing technology (Second edition) Woodhead Publishing Limited, England (2000).
24. To E.C. et al Dielectric properties of food materials Journal of Microware Power, IMPI Ltd, Canada (1974).
25. Schiffmann R.F. Food product development for microwaveprocessing Food Tech
40 (1986) 94 – 98.
26. Don Van Dyke Dielectric parameters of ground beef and their correlation with pertinent variables Massachusetts Institude of Technology (1968).