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振動(dòng)為無線傳感器供電
振動(dòng)為無線傳感器供電
 更新時(shí)間:2008-8-16 20:49:14  點(diǎn)擊數(shù):3
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  通過諸如802.15.4(Zigbee及其它類似的標(biāo)準(zhǔn))等通信協(xié)議來通告測量結(jié)果的無線傳感器的概念正在日趨普及。該思想的一個(gè)重要內(nèi)容是:這種傳感器的供電方式應(yīng)該有兩種,一是采用電池來供電,憑借其低功率需求和占空比來獲得長久的電池使用壽命;另一種是從環(huán)境中“收獲”或“回收”能量,提取其所需的功率。創(chuàng)業(yè)公司Perpetuum設(shè)計(jì)出了其PMG7發(fā)電機(jī),它能夠從由AC感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備(泵、風(fēng)扇和其它機(jī)械設(shè)備)的振動(dòng)中收集能量,然后釋放出來為傳感器和無線收發(fā)器節(jié)點(diǎn)供電。


  Perpetuum公司的發(fā)電機(jī)是機(jī)電式的(不同于壓電式,有些研究人員在回收振動(dòng)能量時(shí)采用的就是這種壓電式原理),其基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)承載一對永久磁鐵的彈性梁。振動(dòng)使磁鐵產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),而且在這對磁鐵之間安放了一個(gè)由多匝細(xì)線纏繞而成的線圈。發(fā)電機(jī)中的電路負(fù)責(zé)AC整流,并對一個(gè)電容器或超級電容器進(jìn)行充電,電容器本身又為傳感器節(jié)點(diǎn)供電。該設(shè)計(jì)能夠聚集有用的能量值,因?yàn)閺椥粤菏且环N諧振結(jié)構(gòu),它被調(diào)諧至所有AC電動(dòng)機(jī)都會產(chǎn)生的50Hz~60Hz振動(dòng)頻率。Perpetuum產(chǎn)品的本質(zhì)就是諧振梁的設(shè)計(jì),該彈性梁具有寬的(機(jī)械)帶寬;某一范圍內(nèi)的振動(dòng)頻率將使其產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),而且用戶無需把每個(gè)發(fā)電機(jī)調(diào)諧至一個(gè)特定的電動(dòng)機(jī)頻率。雖然有一種機(jī)械頻率調(diào)諧功能,但Perpetuum公司CEO(首席執(zhí)行官)Roy Freeland聲稱,當(dāng)與“全世界所有用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的絕大多數(shù)(遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過90%)AC電動(dòng)機(jī)”相連時(shí),PMG7將立即開始工作。Freeland認(rèn)為,對于802.15.4網(wǎng)絡(luò)的推廣而言,這樣一種電源是必不可少的 :“例如,您可以看到,當(dāng)(無線傳感器)這一想法被介紹給工藝工程師的時(shí)候,他們對之充滿了熱情,但當(dāng)提到‘電池’這個(gè)字眼時(shí),他們的熱情便戛然而止了。我們知道,石油公司在其工作現(xiàn)場是不接受任何形式的電池供電型設(shè)備的。”

  PMG7發(fā)電機(jī)將從一個(gè)100mg的振級產(chǎn)生高達(dá)5mW/3.3V的輸出功率。這足以滿足一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)的供電需要,使其能夠周期性地報(bào)告諸如溫度、壓力或向發(fā)電機(jī)供能的相同振動(dòng)的頻譜等傳感器數(shù)據(jù)。來自美國的制造商RLW公司已經(jīng)采用該原理來設(shè)計(jì)其基于加速計(jì)的狀態(tài)監(jiān)控傳感器節(jié)點(diǎn)。目前,它傳送的是用于遠(yuǎn)程分析的原始加速計(jì)頻譜,不過Perpetuum公司稱,可提供足夠的能量在傳感器內(nèi)部執(zhí)行FFT并報(bào)告經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)。用戶可以把一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)用螺栓緊固在電動(dòng)機(jī)、泵或風(fēng)扇外殼上,或者,他們也可以簡單地臨時(shí)連接一個(gè)磁性線夾,以實(shí)現(xiàn)真正的“即時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)”操作。

  Perpetuum公司的目標(biāo)是在大批量生產(chǎn)之后將價(jià)格控制在100歐元以下。雖然剛上市時(shí)的價(jià)格較高,但Freeland表示:“我們認(rèn)為該產(chǎn)品已經(jīng)具備了與電池供電型替代方案展開競爭的實(shí)力,當(dāng)您把采用電池時(shí)的使用壽命成本以及安排維修人員更換電池的成本考慮在內(nèi)時(shí),就會體會到這一點(diǎn)。”


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