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振動為無線傳感器供電

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作者: 時間:2006-10-16 來源:EDN China 收藏
通過諸如802.15.4(及其它類似的標準)等通信協(xié)議來通告測量結果的傳感器的概念正在日趨普及。該思想的一個重要內容是:這種傳感器的供電方式應該有兩種,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)公司設計出了其PMG7發(fā)電機,它能夠從由AC感應電動機驅動的旋轉設備(泵、風扇和其它機械設備)的振動中收集能量,然后釋放出來為傳感器和收發(fā)器節(jié)點供電。


公司的發(fā)電機是機電式的(不同于壓電式,有些研究人員在回收振動能量時采用的就是這種壓電式原理),其基本結構是一個承載一對永久磁鐵的彈性梁。振動使磁鐵產生運動,而且在這對磁鐵之間安放了一個由多匝細線纏繞而成的線圈。發(fā)電機中的電路負責AC整流,并對一個電容器或超級電容器進行充電,電容器本身又為傳感器節(jié)點供電。該設計能夠聚集有用的能量值,因為彈性梁是一種諧振結構,它被調諧至所有AC電動機都會產生的50Hz~60Hz振動頻率。產品的本質就是諧振梁的設計,該彈性梁具有寬的(機械)帶寬;某一范圍內的振動頻率將使其產生運動,而且用戶無需把每個發(fā)電機調諧至一個特定的電動機頻率。雖然有一種機械頻率調諧功能,但Perpetuum公司CEO(首席執(zhí)行官)Roy Freeland聲稱,當與“全世界所有用于驅動機械設備的絕大多數(shù)(遠遠超過90%)AC電動機”相連時,PMG7將立即開始工作。Freeland認為,對于802.15.4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(傳感器)這一想法被介紹給工藝工程師的時候,他們對之充滿了熱情,但當提到‘電池’這個字眼時,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備的?!?BR>
PMG7發(fā)電機將從一個100mg的振級產生高達5mW/3.3V的輸出功率。這足以滿足一個無線節(jié)點的供電需要,使其能夠周期性地報告諸如溫度、壓力或向發(fā)電機供能的相同振動的頻譜等傳感器數(shù)據(jù)。來自美國的制造商RLW公司已經(jīng)采用該原理來設計其基于加速計的狀態(tài)監(jiān)控傳感器節(jié)點。目前,它傳送的是用于遠程分析的原始加速計頻譜,不過Perpetuum公司稱,可提供足夠的能量在傳感器內部執(zhí)行FFT并報告經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)。用戶可以把一個傳感器節(jié)點用螺栓緊固在電動機、泵或風扇外殼上,或者,他們也可以簡單地臨時連接一個磁性線夾,以實現(xiàn)真正的“即時傳感器”操作。

Perpetuum公司的目標是在大批量生產之后將價格控制在100歐元以下。雖然剛上市時的價格較高,但Freeland表示:“我們認為該產品已經(jīng)具備了與電池供電型替代方案展開競爭的實力,當您把采用電池時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時,就會體會到這一點?!?/P>

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