MIT开拓出了一种无需电池、自供电的传感器

研究职员制造了一种温度感应装置，它能从电线周围露天产生的磁场中获取能量。

\"大众这便是环境电能--我不必通过特定的焊接连接就能得到的能量。
\"大众电子研究实验室成员、电子工程与打算机科学（EECS）伊曼纽尔-兰兹曼（Emanuel E. Landsman）教授兼机器工程学教授 Steve Leeb 说：\"大众这使得这种传感器非常随意马虎安装。
\"大众

在这篇刊登在《电气和电子工程师学会传感器杂志》1 月刊上的特写文章中，研究职员为能量网络传感器供应了一个设计指南，让工程师能够平衡环境中的可用能量和他们的传感需求。

论文为能够在运行过程中持续感知和掌握能量流的设备的关键组件绘制了路线图。

这种多用场设计框架并不局限于网络磁场能量的传感器，还可运用于利用其他电源（如振动或阳光）的传感器。
它可用于为工厂、仓库和商业空间构建安装和掩护本钱更低的传感器网络。

\公众我们供应了一个无电池传感器的范例，它能做一些有用的事情，并证明这是一个切实可行的办理方案。
希望其他人也能利用我们的框架来设计他们自己的传感器。
\"大众

与 Monagle 和 Leeb 一起参与论文撰写的还有电子工程与科学研究生 Eric Ponce。

美国海军学院武器与掌握工程副教授约翰-多纳尔（John Donnal）没有参与这项事情，他研究的是监控舰船系统的技能。
他说，要在舰船上得到电源是很困难的，由于插座很少，而且对可以插入哪些设备有严格限定。

唐纳尔补充说：\"大众例如，持续丈量泵的振动可以为船员供应轴承和支架康健状况的实时信息，但为加装的传感器供电每每须要大量额外的根本举动步伐，以至于不值得投资。
像这样的能量网络系统可以在船舶上加装各种诊断传感器，大大降落整体掩护本钱。
\"大众

研究职员必须应对三大寻衅，才能开拓出一种有效、无需电池的能量网络传感器。

首先，系统必须能够冷启动，这意味着它可以在没有初始电压的情形下启动电子设备。
他们利用集成电路和晶体管网络实现了这一点，使系统能够储存能量，直到达到一定的阈值。
只有当系统储存了足够的能量，可以完备运行时，它才会开启。

其次，该系统必须在不该用电池的情形下有效地储存和转换所网络的能量。
虽然研究职员可以在系统中加入电池，但这会增加系统的繁芜性，并可能带来失火风险。

\"大众您乃至可能连派出技能职员改换电池的奢望都没有。
相反，我们的系统是免掩护的。
它可以自行采集能量并运行，\"大众Monagle 补充道。

为了避免利用电池，它们采取了内部储能技能，包括一系列电容器。
电容器比电池更大略，它将能量储存在导电板之间的电场中。
电容器可由各种材料制成，其功能可根据各种事情条件、安全哀求和可用空间进行调度。

研究小组精心设计了电容器，使其足够大，能够储存设备开启和开始网络电能所需的能量，但又足够小，充电阶段不会花费太永劫光。

此外，由于传感器可能会在数周乃至数月后才开启进行丈量，因此他们要确保电容器能够保持足够的能量，纵然有些能量会随着韶光的推移而泄露。

末了，他们开拓了一系列掌握算法，对设备网络、储存和利用的能量进行动态丈量和预算。
微掌握器是能源管理界面的\"大众大脑\"大众，它不断检讨储存了多少能量，并推断是否要打开或关闭传感器、进行丈量，或者将收割机调到更高的档位，以便网络更多能量，知足更繁芜的传感需求。

Monagle 阐明说：\公众就像骑自行车时换挡一样，能量管理界面会查看收割机的事情情形，紧张是看它是踩得太用力还是太轻，然后它就会改变电子负载，从而最大限度地提高收割功率，并使收割功率与传感器的需求相匹配。

自供电传感器

利用这一设计框架，研究职员为一个现成的温度传感器构建了一个能量管理电路。
该设备采集磁场能量并用于持续采样温度数据，然后通过蓝牙将数据发送到智好手机接口。

研究职员利用超低功耗电路来设计该装置，但很快创造，这些电路在崩溃前可承受的电压有严格限定。
网络过多的电能可能会导致设备爆炸。

为了避免这种情形，他们在微掌握器中的能量网络器操作系统会在存储的能量过多时自动调度或减少网络量。
他们还创造，通信--传输温度传感器网络的数据--是迄今为止最耗电的操作。
Monagle说：\公众确保传感器有足够的存储能量来传输数据是一项长期的寻衅，须要精心设计。
\公众

未来，研究职员操持探索能耗较低的数据传输手段，如利用光学或声学。
他们还希望更严格地仿照和预测进入系统的能量，或传感器丈量所需的能量，以便设备能有效地网络更多数据。

\"大众如果你只进行你认为须要的丈量，你可能会错过一些真正有代价的东西。
如果有更多的信息，你可能会理解到一些你意想不到的设备运行情形。
我们的框架可以让您平衡这些考虑成分，\"大众Leeb 说。

\"大众这篇论文详细阐述了实用的自供电传感器节点在现实场景中的内部构造。
\"大众佛罗里达农工大学-佛罗里达州立大学工程学院电气与打算机工程助理教授 Jinyeong Moon 说：\"大众整体设计指南，尤其是冷启动问题，非常有帮助。
操持为无线传感器节点设计自供电模块的工程师将从这些指南中获益匪浅，轻松勾选传统上与冷启动干系的繁琐清单。
\"大众

这项事情得到了海军研究办公室和 Grainger 基金会的部分支持。