CN111289704B - 水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置及方法，所述装置包括：环形天线、RFID标签芯片、多参数传感模块、能量采集电路、微控制器、柔性基底、接口电路和颜色触发检测装置。本发明实施例提供的水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置及方法，具有无源、小型化、柔性化、高精度和低能耗的特点，有效减小了监测装置体积尺寸并易附着于包装内部，通过颜色触发检测装置检测多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，获得各气体传感器的检测数据，通过传感器节点的无线射频模块，实现微环境关键参数数据的实时传输与通信，实现了对水产品品质的实时智能监测。

Description

水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置及方法

技术领域

本发明涉及传感器及数据处理技术领域，更具体地，涉及一种水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置及方法。

背景技术

水产品在冷链物流过程中容易受到腐败菌和致病菌的感染，在冷链物流过程中，除了温度波动对于品质变化产生重大影响，相对湿度、本源性气体(二氧化碳、氧气)、内生性气体(硫化氢、氨气及胺、乙醇类及有机溶剂气体)和外源性气体(氮气等保鲜作用而注入的气体)的变化都会严重影响水产品品质变化与安全，因此亟需对温度、氧气、氨气等多关键参数进行数据监测、采集、传输及处理。

市面上销售的水产品主要是气调和采用托盘包装的形式，由于其高营养、高品质易被消费者接受等特性使其作为高档产品进入消费市场，因此对于水产品的保鲜包装要求趋于小型化、精包装并能够实现实时监测，但由于传统传感器基于PCB板作为基底使得其尺寸体积较大以及功耗较高，难以满足对水产品在运输、存储、包装、销售等方面的监控。

因此，亟需提出新监测技术驱动传感器实现无源、低功耗功能，减小监测装置体积尺寸并易附着于包装内部以实现实时智能监测。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置及方法。

第一方面，本发明实施例提供一种水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置，包括：

环形天线、RFID标签芯片、多参数传感模块、能量采集电路、微控制器、柔性基底、接口电路和颜色触发检测装置，其中，

所述环形天线用于接收来自信息采集指令端的射频信号，实现所述RFID标签芯片与信息采集指令端之间的通信连接；

所述RFID标签芯片用于通过所述环形天线将电磁场能量转换为直流电压，并存储所述微控制器对所述多参数传感器模块采集的数据进行处理后的数据，所述直流电压用于为所述多参数传感器模块供电；

所述多参数传感模块包括一个温度传感器和多个气体传感器，每个所述气体传感器由化学方法制备，具有光学响应特性，用于采集水产品在冷链物流过程中相应气体的浓度，所述温度传感器内置于所述RFID标签芯片中；

所述能量采集电路用于在所述RFID标签芯片提供的能量不能满足所述多参数传感模块的功耗时，将所述射频信号转换为直流功率，为所述多参数传感器模块供电；

所述微控制器用于通过所述接口电路接收所述RFID标签芯片的信号，触发所述多参数传感模块进行相应气体浓度的采集，对所述多参数传感模块采集的数据进行处理并将处理后的数据传输至所述RFID标签芯片；

所述颜色触发检测装置用于检测所述多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，获得各气体传感器的检测数据；

所述RFID标签芯片及其他组件印刷在所述柔性基底上，各组件通过导电树脂互连。

其中，所述RFID标签芯片包括EPC内存、稳压器以及解调器，所述RFID标签芯片具体用于使用ISO15693协议，通过所述环形天线在中心频率为13.56MHz时，从信息采集指令端接收射频信号，将电磁场能量转换为直流电压，并通过所述微控制器将所述多参数传感器模块采集的数据存储在所述EPC内存中。

其中，所述多参数传感模块具体包括：氧气传感器、氨气传感器、二氧化碳传感器、硫化氢传感器和温度传感器。

其中，所述能量采集电路包括稳压器、电容器以及阻抗匹配，所述能量采集电路通过电压倍增器将所述射频信号转换为直流功率并存储在所述电容器中。

其中，所述颜色触发检测装置包括一个白色LED灯和四个数字颜色检测器，所述白色LED灯用于被点亮后触发所述多参数传感模块进行相应气体浓度的采集，所述数字颜色检测器用于检测所述多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，并利用所述RGB颜色强度量化各气体传感器的检测数据。

其中，所述数字颜色检测器具体用于检测所述多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，并利用所述RGB颜色强度量化各气体传感器的检测数据：

其中，R、G和B分别为由数字颜色检测器测量的辐射的红色、绿色和蓝色分量，I_i'、I_i”和I_i”'分别为每次测量一阶、二阶和三阶的颜色强度表示，I'、I”和I”'分别为一阶、二阶和三阶颜色强度平均值，n为实验测量次数；

基于RGB每个样本划分出R,G,B三个分量，每个分量各自提取三个阶特征变量，组成一个3*3的颜色直方图矩阵，表示为:

其中，所述数字颜色检测器还用于：将检测到的RGB颜色强度与相应气体浓度进行拟合，获得气体浓度变化情况：

X＝αI^β±ΔX

I＝{I',I”,I”'}

其中，X为传感器测量的各气体浓度,ΔX是气体浓度的变化值，α和β是拟合参数，当气体种类不同理想的情况下，α和β有相应的数值选择；I为根据客户要求选择的颜色特征强度，强度阶数越高，耦合程度越高，耗费时间较长，通常情况下默认阶数为一；

理想的情况下，气体测量的外部误差不影响系统的响应，误差ΔR_i，ΔG_i和ΔB_i由颜色检测器的分辨率给出：

其中，ΔI_i是每次试验确定强度I时的误差或不确定性，ΔI是确定强度I时的误差或不确定性，ΔI_max为确定强度I时的最大误差或不确定性，

和

表示第i个样品测量值，R_i、G_i、B_i表示第i个样品的真实值，通过考虑误差ΔR，ΔG和ΔB计算的作为6个副本的测量标准偏差，其取值范围为满刻度的3×10^-3％到8×10^-4％；

气体浓度误差或不确定性表达式为:

其中，ΔX_max为气体浓度的最大变化值，当测量气体浓度处于(αI^β-ΔX_max，αI^β+ΔX_max)范围内，认为测量气体浓度与RGB颜色强度具有耦合对应关系，如果获得气体浓度与实际测量有较大误差，微控制器控制LED灯再次开启触发传感器再次进行测量。

其中，所述柔性基底为聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)基底。

第二方面，本发明实施例提供一种水产品品质监测方法，包括：

RFID读写器或具备NFC功能的手机客户端向所述多参数无源柔性传感装置发送射频信号；

所述多参数无源柔性传感装置的RFID标签芯片接收到所述射频信号后，通过环形天线将电磁场能量转换为直流电压，为所述多参数传感器模块供电，当所述RFID标签芯片提供的能量不足以维持所述多参数传感器模块供电正常功率工作时，能量采集电路启动；所述微控制器接收到所述RFID标签芯片的信号，触发所述多参数传感模块进行相应气体浓度的采集，所述颜色触发检测装置检测所述多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，获得各气体传感器的检测数据，所述微处理器对所述检测数据进行处理并将符合要求的处理后的数据传输至所述RFID标签芯片；

所述RFID标签芯片通过所述环形天线将所述符合要求的处理后的数据传输回所述RFID读写器或具备NFC功能的手机客户端，以使得用户获得水产品品质信息。

本发明实施例提供的水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置及方法，具有无源、小型化、柔性化、高精度和低能耗的特点，有效减小了监测装置体积尺寸并易附着于包装内部，实现了对水产品品质的实时智能监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光学响应的颜色检测原理图；

图3为本发明实施例提供的氧气浓度变化与颜色强度为三阶时的拟合曲线；

图4为本发明实施例提供的二氧化碳度变化与颜色强度为三阶时的拟合曲线；

图5为本发明实施例提供的氨气浓度变化与颜色强度为三阶时的拟合曲线；

图6为本发明实施例提供的硫化氢浓度变化与颜色强度为三阶时的拟合曲线；

图7为本发明实施例提供的水产品品质监测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例提供的水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置的结构示意图，包括：环形天线、RFID标签芯片、多参数传感模块、能量采集电路、微控制器、柔性基底、接口电路和颜色触发检测装置，其中，

所述环形天线用于接收来自信息采集指令端的射频信号，实现所述RFID标签芯片与信息采集指令端之间的通信连接；

在一个实施例中，所示信息采集指令端为RFID读写器或具备NFC功能的手机客户端。

所述环形天线的材料为铜FR4，厚度为0.12mm，相对介电常数为4.4，天线尺寸为80mm×50mm×0.5mm，天线间距为1mm。

所述RFID标签芯片用于通过所述环形天线将电磁场能量转换为直流电压，并存储所述微控制器对所述多参数传感器模块采集的数据进行处理后的数据，所述直流电压用于为所述多参数传感器模块供电；

其中，所述RFID标签芯片包括EPC内存、稳压器以及解调器，所述RFID标签芯片具体用于使用ISO15693协议，通过所述环形天线在中心频率为13.56MHz时，从信息采集指令端接收射频信号，将电磁场能量转换为直流电压，并通过所述微控制器将所述多参数传感器模块采集的数据存储在所述EPC内存中。

所述多参数传感模块包括一个温度传感器和多个气体传感器，每个所述气体传感器由化学方法制备，具有光学响应特性，用于采集水产品在冷链物流过程中相应气体的浓度，所述温度传感器内置于所述RFID标签芯片中；

在进行水产品品质监测时，所述多参数传感模块用于进行对氧气、氨气、二氧化碳、硫化氢以及温度传感信号数据的采集，因此，所述多参数传感模块具体包括：氧气传感器、氨气传感器、二氧化碳传感器、硫化氢传感器和温度传感器。

本发明的气体传感器采用化学方法制备。

其中，氧气电化学传感器的制备：4.9mg的5,10,15,20-四(五氟苯基)卟吩钯(PdTFPP)加入到5ml聚苯乙烯浓度为60mg/ml的乙酸丁酯溶液中制备。

二氧化碳电化学传感器的制备：将64μL的TBP、4.7mg的α-萘酚酞与4.27mL的甲苯/乙醇(按照80/20比例混合)溶液混合，取320μL混合溶液、58.3mg的乙基纤维素加入1mL的甲苯溶液，与600μL的四辛基氢氧化铵(TOAOH)混合。

氨气电化学传感器的制备：将40mg乙酸纤维素、2mg溴酚蓝钠盐、37mg邻硝基苯辛醚(NPOE)和4.5mg十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在2ml丙酮中混合。

硫化氢电化学传感器的制备：将5.6mg四辛基乙酸汞荧光素，45mg聚氯乙烯(PVC)和133mg磷酸三丁酯在1ml四氢呋喃中混合。

随后，在每个圆形设计区域中使用微吸管滴下10μL的相应气体传感溶液，通过将混合物置于柔性基板上，来浇铸敏感膜。沉积传感膜后，将它们在黑暗中干燥2小时，所获得的传感膜是均匀透明的，传感膜干燥后，标签可用于测定四种气体。不使用时，必须将其放在黑暗中以延长使用寿命。

在本实施例中，RFID标签及其组件用银导电油墨丝网印刷在柔性基底上，柔性基底为100μm厚的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，相比于PET、PI膜等，其透光率高达87％，粘附性好，具有更高的耐温性，印刷后，在120℃恒温下烧结5分钟。烧结后，在标签的一侧用乙烯亚光油墨丝网印刷四个圆圈以容纳四个传感膜，这些圆圈充当屏障，防止膜扩散。

使用导电粘合树脂H20E将集成电路和印刷的RFID标签及其组件之间进行互连。将双层干胶放置在标签的底部，以将其固定到基板上。在120℃的热空气烘箱中固化导电树脂20分钟，干膜的粘附力随温度提高，热处理有助于将整个RFID标签更好地固定在基板上。

图2为本发明实施例提供的光学响应的颜色检测原理图。从图2中可以看出：传感材料沉积在柔性基板(PEN)的内表面上。这是整个传感器中放置在内表面上的唯一元件，而其他用于激发和读取气体传感器以及数据传输的电子组件则印刷在基板的外侧。用于光学激发的LED和颜色检测器彼此非常靠近，并从基板的外侧直接面对传感膜，作为响应发光的光照激励直接从LED传递到薄膜，从薄膜传递到颜色检测器。

所述能量采集电路用于在所述RFID标签芯片提供的能量不能满足所述多参数传感模块的功耗时，将所述射频信号转换为直流功率，为所述多参数传感器模块供电；

具体地，所述能量采集电路包括稳压器、电容器以及阻抗匹配，所述能量采集电路通过电压倍增器将所述射频信号转换为直流功率并存储在所述电容器中。

当环形天线从信息采集指令端接收的射频能量能够满足传感电路工作时，能量采集电路保持关闭；随监测时间增加，传感器功耗逐渐增大，无法满足传感电路正常工作，能量采集电路开启，为整个传感电路供电，以保证传感器正常工作。

所述微控制器用于通过所述接口电路接收所述RFID标签芯片的信号，触发所述多参数传感模块进行相应气体浓度的采集，对所述多参数传感模块采集的数据进行处理并将处理后的数据传输至所述RFID标签芯片；

具体地，接口电路采用SPI串口通信原理，实现各模块之间互连及数据传输。微控制器接收RFID标签芯片信号，发出数据监测指令，触发所述多参数传感模块进行相应气体浓度的采集，对所述多参数传感模块采集的数据进行处理，并将符合要求的处理后的数据传输至RFID标签芯片中。

所述颜色触发检测装置用于检测所述多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，获得各气体传感器的检测数据；

所述颜色触发检测装置包括一个白色LED灯和四个数字颜色检测器，所述白色LED灯用于被点亮后触发所述多参数传感模块进行相应气体浓度的采集，所述数字颜色检测器用于检测所述多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，并利用所述RGB颜色强度量化各气体传感器的检测数据。

具体地，所述数字颜色检测器具体用于检测所述多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，并利用所述RGB颜色强度量化各气体传感器的检测数据。

数字彩色检测器用于记录化学传感器的光学响应，每个检测器的有效区域收集入射光，对红光(λpeak＝615nm)，绿光(λpeak＝530nm)，蓝光(λpeak＝460nm)和红外光(λpeak＝855nm)光谱区域敏感。数字检测器获得的颜色数据通过R，G和B分量的颜色读数，在RGB颜色空间中处理。

传感器的响应特征在于发射的三种颜色的光辐射到达颜色检测器的强度，为了量化膜的颜色变化，根据颜色检测器给出的R，G和B坐标值定义颜色强度参数：

其中，R、G和B分别为由数字颜色检测器测量的辐射的红色、绿色和蓝色分量，I_i'、I_i”和I_i”'分别为每次测量一阶、二阶和三阶的颜色强度表示，I'、I”和I”'分别为一阶、二阶和三阶颜色强度平均值，n为实验测量次数；

基于RGB每个样本划分出R,G,B三个分量，每个分量各自提取三个阶特征变量，组成一个3*3的颜色直方图矩阵，表示为:

所述数字颜色检测器还用于：将检测到的RGB颜色强度与相应气体浓度进行拟合，获得气体浓度变化情况。

X＝αI^β±ΔX

I＝{I',I”,I”'}

其中，X为传感器测量的各气体浓度,ΔX是气体浓度的变化值，α和β是拟合参数，当气体种类不同理想的情况下，α和β有相应的数值选择；I为根据客户要求选择的颜色特征强度，强度阶数越高，耦合程度越高，耗费时间较长，通常情况下默认阶数为一。

理想的情况下，气体测量的外部误差不影响系统的响应，误差ΔR，ΔG和ΔB由数字颜色检测器的分辨率给出。

其中，ΔI_i是每次试验确定强度I时的误差或不确定性，ΔI是确定强度I时的误差或不确定性，ΔI_max为确定强度I时的最大误差或不确定性，

和

表示第i个样品测量值，R_i、G_i、B_i表示第i个样品的真实值。通过考虑误差ΔR，ΔG和ΔB计算的作为6个副本的测量标准偏差，其取值范围为满刻度的3×10^-3％到8×10^-4％；

气体浓度误差或不确定性表达式为:

其中，ΔX_max为气体浓度的最大变化值，当测量气体浓度处于(αI^β-ΔX_max，αI^β+ΔX_max)范围内，认为测量气体浓度与RGB颜色强度具有耦合对应关系，如果获得气体浓度与实际测量有较大误差，微控制器控制LED灯再次开启触发传感器再次进行测量。

图3至图6依次为本发明实施例提供的氧气浓度变化与颜色强度为三阶时的拟合曲线、二氧化碳度变化与颜色强度为三阶时的拟合曲线、氨气浓度变化与颜色强度为三阶时的拟合曲线以及硫化氢浓度变化与颜色强度为三阶时的拟合曲线。当选择三阶颜色特征强度公式，由图3至图6可知，R2均大于0.99，认为测量气体浓度与RGB颜色强度具有耦合对应关系；当选择一阶颜色特征强度公式，R2均大于0.9，当选择二阶颜色特征强度公式，R2均大于0.95，因此可以根据实际情况选择不同阶数颜色强度方程，颜色强度阶数越高，耦合程度越高，耗费时间较长，通常情况下默认阶数为一可以获得满意的气体浓度结果值。

所述柔性基底为聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)基底。所述RFID标签芯片及其他组件印刷在所述柔性基底上，各组件通过导电树脂互连。

本发明实施例提供的水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置，具有无源、小型化、柔性化、高精度和低能耗的特点，有效减小了监测装置体积尺寸并易附着于包装内部，实现了对水产品品质的实时智能监测。

图7为本发明实施例提供的水产品品质监测方法的流程示意图，包括：

RFID读写器或具备NFC功能的手机客户端向所述多参数无源柔性传感装置发送射频信号；

所述多参数无源柔性传感装置的RFID标签芯片接收到所述射频信号后，通过环形天线将电磁场能量转换为直流电压，为所述多参数传感器模块供电，当所述RFID标签芯片提供的能量不足以维持所述多参数传感器模块供电正常功率工作时，能量采集电路启动；所述微控制器接收到所述RFID标签芯片的信号，触发所述多参数传感模块进行相应气体浓度的采集，所述颜色触发检测装置检测所述多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，获得各气体传感器的检测数据，所述微处理器对所述检测数据进行处理并将符合要求的处理后的数据传输至所述RFID标签芯片；

所述RFID标签芯片通过所述环形天线将所述符合要求的处理后的数据传输回所述RFID读写器或具备NFC功能的手机客户端，以使得用户获得水产品品质信息。

本发明实施例提供的水产品品质监测方法，具有无源、小型化、柔性化、高精度和低能耗的特点，有效减小了监测装置体积尺寸并易附着于包装内部，实现了对水产品品质的实时智能监测。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置，其特征在于，包括：环形天线、RFID标签芯片、多参数传感模块、能量采集电路、微控制器、柔性基底、接口电路和颜色触发检测装置，其中，

所述环形天线用于接收来自信息采集指令端的射频信号，实现所述RFID标签芯片与信息采集指令端之间的通信连接；

所述RFID标签芯片用于通过所述环形天线将电磁场能量转换为直流电压，并存储所述微控制器对所述多参数传感器模块采集的数据进行处理后的数据，所述直流电压用于为所述多参数传感器模块供电；

所述多参数传感模块包括一个温度传感器和多个气体传感器，每个所述气体传感器由化学方法制备，具有光学响应特性，用于采集水产品在冷链物流过程中相应气体的浓度，所述温度传感器内置于所述RFID标签芯片中；

所述能量采集电路用于在所述RFID标签芯片提供的能量不能满足所述多参数传感模块的功耗时，将所述射频信号转换为直流功率，为所述多参数传感器模块供电；

所述微控制器用于通过所述接口电路接收所述RFID标签芯片的信号，触发所述多参数传感模块进行相应气体浓度的采集，对所述多参数传感模块采集的数据进行处理并将处理后的数据传输至所述RFID标签芯片；

所述颜色触发检测装置用于检测所述多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，获得各气体传感器的检测数据；

所述RFID标签芯片及其他组件印刷在所述柔性基底上，各组件通过导电树脂互连；

所述颜色触发检测装置包括一个白色LED灯和四个数字颜色检测器，所述白色LED灯用于被点亮后触发所述多参数传感模块进行相应气体浓度的采集，所述数字颜色检测器用于检测所述多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，并利用所述RGB颜色强度量化各气体传感器的检测数据；

所述数字颜色检测器具体用于检测所述多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，并利用所述RGB颜色强度量化各气体传感器的检测数据：

其中，R、G和B分别为由数字颜色检测器测量的辐射的红色、绿色和蓝色分量，I_i'、I_i”和I_i”'分别为每次测量一阶、二阶和三阶的颜色强度表示，I'、I”和I”'分别为一阶、二阶和三阶颜色强度平均值，n为实验测量次数；

基于RGB每个样本划分出R,G,B三个分量，每个分量各自提取三个阶特征变量，组成一个3*3的颜色直方图矩阵，表示为:

所述数字颜色检测器还用于：将检测到的RGB颜色强度与相应气体浓度进行拟合，获得气体浓度变化情况：

X＝αI^β±ΔX

I＝{I',I”,I”'}

其中，X为传感器测量的各气体浓度,ΔX是气体浓度的变化值，α和β是拟合参数，当气体种类不同的情况下，α和β有相应的数值选择；I为根据客户要求选择的颜色特征强度，强度阶数越高，耦合程度越高，耗费时间较长，通常情况下默认阶数为一；

理想的情况下，气体测量的外部误差不影响系统的响应，误差ΔR_i，ΔG_i和ΔB_i由颜色检测器的分辨率给出：

其中，ΔI_i是每次试验确定强度I时的误差或不确定性，ΔI是确定强度I时的误差或不确定性，ΔI_max为确定强度I时的最大误差或不确定性，

和

表示第i个样品测量值，R_i、G_i、B_i表示第i个样品的真实值，通过考虑误差ΔR，ΔG和ΔB计算的作为6个副本的测量标准偏差，其取值范围为满刻度的3×10^-3％到8×10^-4％；

气体浓度误差或不确定性表达式为:

其中，ΔX_max为气体浓度的最大变化值，当测量气体浓度处于(αI^β-ΔX_max，αI^β+ΔX_max)范围内，认为测量气体浓度与RGB颜色强度具有耦合对应关系，如果获得气体浓度与实际测量有较大误差，微控制器控制LED灯再次开启触发传感器再次进行测量。

2.根据权利要求1所述的水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置，其特征在于，所述RFID标签芯片包括EPC内存、稳压器以及解调器，所述RFID标签芯片具体用于使用ISO15693协议，通过所述环形天线在中心频率为13.56MHz时，从信息采集指令端接收射频信号，将电磁场能量转换为直流电压，并通过所述微控制器将所述多参数传感器模块采集的数据存储在所述EPC内存中。

3.根据权利要求1所述的水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置，其特征在于，所述多参数传感模块具体包括：氧气传感器、氨气传感器、二氧化碳传感器、硫化氢传感器和温度传感器。

4.根据权利要求1所述的水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置，其特征在于，所述能量采集电路包括稳压器、电容器以及阻抗匹配，所述能量采集电路通过电压倍增器将所述射频信号转换为直流功率并存储在所述电容器中。

5.根据权利要求1所述的水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置，其特征在于，所述柔性基底为聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)基底。

6.一种水产品品质监测方法，基于如权利要求1至5任一所述的水产品品质监测的多参数无源柔性传感装置，其特征在于，包括：

RFID读写器或具备NFC功能的手机客户端向所述多参数无源柔性传感装置发送射频信号；

所述多参数无源柔性传感装置的RFID标签芯片接收到所述射频信号后，通过环形天线将电磁场能量转换为直流电压，为所述多参数传感器模块供电，当所述RFID标签芯片提供的能量不足以维持所述多参数传感器模块供电正常功率工作时，能量采集电路启动；所述微控制器接收到所述RFID标签芯片的信号，触发所述多参数传感模块进行相应气体浓度的采集，所述颜色触发检测装置检测所述多参数传感模块中各气体传感器光学响应的RGB颜色强度，获得各气体传感器的检测数据，所述微控制器对所述检测数据进行处理并将符合要求的处理后的数据传输至所述RFID标签芯片；

所述RFID标签芯片通过所述环形天线将所述符合要求的处理后的数据传输回所述RFID读写器或具备NFC功能的手机客户端，以使得用户获得水产品品质信息。

Images