Что произвело революцию в нашем понимании сбора данных, так это датчики с автономным питанием. Они избавляются от зависимости от внешних источников питания и частой замены аккумуляторов. Они могут непрерывно получать энергию из окружающей среды и работать автономно, открывая путь для долгосрочных и крупномасштабных приложений мониторинга. Этот тип технологий имеет фундаментальное значение для содействия развитию Интернета вещей, развития промышленной автоматизации и развития умных городов.
Как датчики с автономным питанием собирают энергию окружающей среды
Ключевой технологией датчиков с автономным питанием является сбор энергии. Внутри находится микропреобразователь. Этот преобразователь может улавливать тонкую энергию окружающей среды и преобразовывать ее в электрическую. Наиболее распространенные источники энергии включают энергию света, тепловую энергию, энергию механических колебаний и энергию радиочастотного излучения.
В практическом применении каждый из этих методов сбора энергии имеет свои плюсы и минусы. Например, фотоэлектрические устройства очень эффективны, когда на улице много света, но практически неэффективны в помещении или ночью. Устройства, использующие вибрацию для сбора энергии, особенно подходят для размещения на промышленном оборудовании или мостах и могут непрерывно собирать энергию вибрации, генерируемую работой оборудования. Какое решение выбрать, полностью зависит от конкретной ситуации расположения датчиков.
Каковы основные типы датчиков с автономным питанием?
По различным источникам энергии датчики с автономным питанием можно разделить на несколько категорий. Фотоэлектрические датчики, подходящие для уличных метеостанций и сельскохозяйственного мониторинга, питаются от солнечных батарей, а термоэлектрические датчики, обычно используемые для мониторинга трубопроводов и утилизации тепла промышленных отходов, используют разницу температур для выработки электроэнергии.
Механическая энергия, такая как давление, создаваемое проезжающими транспортными средствами, вибрация конструкций, вызванная ветром, собирается пьезоэлектрическими и электромагнитными датчиками, которые работают таким образом. Кроме того, существуют датчики сбора радиочастотной энергии, которые собирают энергию из окружающих радиоволн. Знание о существовании этих типов помогает нам делать точный и точный выбор, исходя из потребностей проекта.
Как долго работает датчик с автономным питанием?
На теоретическом уровне существует ситуация, когда хорошо спроектированный датчик с автономным питанием может иметь почти бесконечный срок службы, поскольку он не зависит от химической батареи с конечной емкостью. Что касается предела срока службы, то он в основном определяется явлением физического старения собственных электронных компонентов и долговечностью модуля сбора энергии.
В реальных операциях по развертыванию срок его службы тесно связан со средой, в которой он работает. Например, если датчик находится в условиях экстремальной температуры, высокой влажности или в среде с высокой степенью коррозии, исходная схема и материалы датчика ускорят старение. Таким образом, помимо превосходного управления энергопотреблением, прочная упаковка и защитная конструкция также являются ключевыми моментами для обеспечения долгосрочной надежной работы.
Для каких практических сценариев подходят датчики с автономным питанием?
Если датчики имеют автономное питание, сценарии их применения чрезвычайно широки. В промышленной сфере их будут размещать на вращающемся оборудовании, конвейерных лентах и даже удаленных трубопроводах для проведения профилактического обслуживания и мониторинга. Нет необходимости беспокоиться о состоянии проводки или о проблемах с заменой батарей. В умных городах их можно использовать для мониторинга состояния мостов, транспортных потоков и качества воздуха.
В области сельского хозяйства и мониторинга окружающей среды размещение большого количества сенсорных узлов с автономным питанием в полях или лесах может создать долгосрочную и эффективную сеть экологических данных для предоставления глобальных услуг по закупкам слабых текущих интеллектуальных продуктов! Общими характеристиками этих приложений являются то, что места развертывания относительно разбросаны, трудно получить электроэнергию или высоки затраты на обслуживание. Технология автономного питания обеспечивает лучшее решение.
С какими техническими проблемами сталкиваются датчики с автономным питанием?
Хотя перспективы очень широки, датчики с автономным питанием по-прежнему сталкиваются с серьезными проблемами. Первой проблемой, с которой приходится сталкиваться, является прерывистое и нестабильное энергоснабжение. Энергия окружающей среды доступна не всегда. Это требует, чтобы датчик был оснащен эффективными схемами управления энергией и устройствами хранения энергии, такими как суперконденсаторы, и должен обеспечивать прерывистый режим работы с чрезвычайно низким энергопотреблением на программном уровне.
Низкая плотность мощности является еще одной проблемой. Энергия окружающей среды часто чрезвычайно слаба, что ограничивает возможности датчиков по обработке данных и беспроводной связи. Вообще говоря, они могут выполнять только простой сбор и предварительную обработку данных, а также осуществлять передачу данных на короткие расстояния с низкой скоростью и чрезвычайно низким рабочим циклом, что накладывает определенные ограничения на сферу их применения.
Какова тенденция развития датчиков с автономным питанием в будущем?
Будущие тенденции развития направлены на повышение эффективности сбора энергии и улучшение системной интеграции. Ожидается, что новые материалы, такие как гибкие пьезоэлектрические материалы и более эффективные перовскитные солнечные элементы, будут получать больше энергии в той же среде. Методы сбора энергии также будут развиваться от одного источника к гибридному сбору из нескольких источников, чтобы справиться со сложными условиями.
Системы станут умнее и меньше. Благодаря интеграции более совершенных микропроцессоров и алгоритмов с низким энергопотреблением датчики могут обрабатывать больше данных локально и передавать ключевую информацию только при необходимости. С развитием технологии MEMS в конечном итоге станет возможным создание чувствительных узлов с автономным питанием на уровне миллиметра или даже микрона, которые действительно «исчезают» в окружающей среде.
Как вы думаете, в какой отрасли (например, здравоохранение, умный дом, мониторинг окружающей среды и т. д.) в ближайшие пять лет технология датчиков с автономным питанием первой достигнет широкомасштабной популяризации и приведет к разрушительным изменениям? Добро пожаловать, чтобы поделиться своим мнением и идеями в области комментариев. Если вы нашли эту статью полезной, пожалуйста, поставьте ей лайк и поделитесь ею с другими коллегами.
Добавить комментарий