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浅谈物联网无线自供电技术的应用
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发布时间:2018-11-19 10:17:58
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作者:和远小编
[文章导读] HYJT-W无源无线温度传感器,即应用了电磁能量收集技术,采用超导磁率及易饱和的坡莫和金材料,超低功耗、超小体积、高防护等级设计,启动电流最小可做到3A。

物联网的形成,需要一个个节点连接起来,从而组成一张物物相连的网络,而智能产品,则是物联网的连接点。智能产品之所以能感知、接收到周边信息实现智能化,正是因为有“眼睛”、“耳朵”和“鼻子”等无线传感器。
随着物联网爆发与不断推进下,传统传感器诸多制约因素越来越突出,尤其是供电方式的问题。因此, 能够自供电的无源传感器具有广泛的应用前景, 也是目前国内外研究的热点。



几种常见的无源技术


光伏发电技术


【工作原理】

光伏发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。太阳光照在半导体P-N结上,形成新的空穴-电子对,在P-N结内建电场的作用下,空穴由N区流向P区,电子由P区流向N区,接通电路后就形成电流。



【优势】光伏发电技术较为成熟,采用可再生、清洁型能源,在户外传感器或通讯设备中用途最广。

【劣势】受阳光照射影响,无光时不发电,需要和超级电容或蓄电池配合使用。

【应用】太阳能电池供电的倾斜传感器、位移传感器,图像监测装置,通讯终端等。


电磁能量收集技术


【工作原理】

电磁能量收集技术利用“动电生磁,动磁生电”的电磁感应原理,将导线上变化的交流电流,通过电磁耦合的方式在二次线圈上产生电压和电流,实现取电功率的传送,达到自导线上取电的目的。


【优势】采用合适材料时,取电稳定,不受环境和大电流影响,寿命长。

【劣势】有最小取电电流限制,需要形成闭合回路。

【应用】电流、温度、湿度传感器,高压导线振动、张力传感器、图像监测装置等。


RFID射频能量收集技术

【工作原理】

阅读器发射一特定频率的无线电波能量,用以驱动应答器电路将内部的数据送出。


【优势】无需闭合回路。

【劣势】需要天线提供能量,受环境与距离影响,稳定性稍差。

【应用】温度、压力、湿度传感器等。


电场能量收集技术

【工作原理】

通过高压带电体和PCB铜箔间的电容效应产生的空间位移电流对电容器进行脉冲储能来获取感应电压。 

【优势】无需闭合回路。

【劣势】仅适用于有电场分布的场景。

【应用】电缆头测温传感器等。


声表面波技术 

【工作原理】

通过处理压电基片上传播的声信号,并利用声一电换能器的特性来完成数据传输。

【优势】无线传输,无需储能电路。

【劣势】需要安装天线用于接收能量及接、发数据;稳定性及抗干扰难处理;成本高。 

【应用】声表面波温度传感器,SAW无源电子标签等。


温差取电技术

【工作原理】

基于热电材料的热电效应,利用器件内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换。当器件两端存在温差时,热场驱动器件内的载流子定向运动,从而产生温差电流。

【优势】无需闭合回路;无需天线取能。

【劣势】受环境影响大,稳定性差。

【应用】温度传感器,温差电制冷等。


综上所述,结合不同材料的能量收集技术,可应用于不同场景的各种物联网无线传感器。其中,光伏发电技术与电磁能量收集技术最稳定,应用最为广泛。



电力设备“体温计”


HYJT-W无源无线温度传感器,即应用了电磁能量收集技术,采用超导磁率及易饱和的坡莫和金材料,超低功耗、超小体积、高防护等级设计,启动电流最小可做到3A。


电力设备长期运行中容易出现表面氧化腐蚀,紧固螺栓松动,设备老化、磨损、过载运行等问题而导致问题触头温度逐渐上升,加速氧化,恶性循环,甚至发生熔融,燃烧,爆炸等事故,造成无法挽回的损失。无源无线温度传感器可帮助用户实现各种电缆接头、母排搭接处、开关触头等易发热位置的温度测量,分析接点温升趋势,实现对电气设备安全隐患的预警,及时提醒用户及时检修维护,避免恶性事故发生。


架空线路“心电图仪”


JYL-HY-C暂态录波型故障指示器采集单元取电电流最小可做到3A,即应用了电磁能量收集技术,能判断并指示各类短路故障,采集、捕获单相接地故障特征数据,采集负荷电流等信息,并将故障信息、负荷电流等信息上传至汇集单元,配合大数据分析平台,实现10kV架空线路的故障检测及判断、减少停电时间,提高供电可靠性及线路自动化水平,还可以故障溯源、排除线路安全隐患,使线路故障“被动查找”变为“主动预判”,帮助用户提质增效,减少故障巡线难度、人员成本、时间成本,提高经济效益。


供电线路“检查员”


HYVM图像在线监测装置即采用了太阳能光伏发电技术、最大功率点跟踪技术,对蓄电池进行自动浮冲、过压保护、欠压保护、过流保护等,结合超低功耗设计,大大延长连续阴雨天气的工作时间。此装置可对高压输电线路,铁路供电线路上垮桥、上跨电力线、隧道出入口、大风区等重点位置进行抓拍取证,对外力破坏或安全隐患及时预警。



在物联网新形势下,采用能量收集技术,把环境中的能量,比如光、动能、热能、辐射能等能量转换成电能来给系统供电的无源传感器越来越受欢迎。可以预见,低成本、易安装、免维护、长寿命、灵敏度高、监控距离远的无源传感器会在物联网时代各个领域中大显身手。



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