RF Wireless Power ontketent de alomtegenwoordigheid van sensornetwerken

We bevinden ons in het tijdperk van een AI-explosie (kunstmatige intelligentie). Alles - van je koelkast tot de kom van je hond - wordt onderdeel van het AI-neuronennetwerk. De wereldwijde inkomsten voor de AI-markt, inclusief software, hardware en diensten, zullen naar verwachting in 2021 jaar op jaar met 16,4 procent groeien tot 327,5 miljard dollar, en tegen 2024 zal de markt naar verwachting de grens van 500 miljard dollar doorbreken.

Hoewel deze cijfers indrukwekkend zijn, zal AI alleen zijn volledige potentieel bereiken wanneer het kan worden gevoed met een constante stroom gegevens uit een overvloed aan verschillende bronnen. Om gegevens te verzamelen met een snelheid die hoogwaardige AI-uitvoer mogelijk maakt, hebt u een alomtegenwoordig sensornetwerk nodig. Sensoren zijn de neuronen die de AI-synapsen afvuren. Deze synergieën zijn noodzakelijk voor de frequentie en kwaliteit van de output.

De afgelopen jaren beginnen sensoren hun stempel te drukken als het raamwerk van het IoT. In 2022 zullen bewegingssensoren naar verwachting 8,35 procent van de wereldwijde markt voor IoT-sensoren uitmaken. De totale omzet die wordt gegenereerd door de markt voor ingeschakelde sensoren zal naar schatting $ 56 miljard bedragen in 2022.

Sensornetwerken moeten blijven uitbreiden om de adoptie en realisatie van hoogwaardige AI echt te kunnen ondersteunen. Schaalbare uitbreiding van sensornetwerken wordt echter verstikt door de beperkingen van plaatsing vanwege de noodzaak van toegang tot stroom. Dus hoe kunnen we "de lichten aanhouden en de neuronen laten vuren?"

Historisch gezien worden sensoren aangedreven door draden en/of batterijen. Beide opties hebben echter beperkingen. Draden kunnen duur zijn om te leggen en vaak beperkend - met limieten in kabellengte en potentieel voor breukpunten. Batterijen hebben een beperkte levensduur; ze moeten regelmatig worden vervangen en worden weggegooid wanneer ze worden gebruikt. Kortom, ze zijn niet betrouwbaar voor de benodigde tijdcycli; ze zijn een repetitieve kost, en ze zijn onhoudbaar voor het milieu.

Een alternatief voor traditionele kracht

Een substituut voor draden en batterijen is het oogsten van energie (het opvangen van beschikbare energie). Of draadloos opladen (energie opwekken om een ​​apparaat draadloos van stroom te voorzien), het proces waarbij energie wordt afgeleid van voorspelbare externe energiebronnen, opgevangen en opgeslagen voor toepassingen, waaronder kleine draadloze autonome apparaten zoals die worden gebruikt in draadloze sensornetwerken.

Er zijn veel manieren om draadloos op te laden, die we kort zullen bekijken:

• Trilling is het concept van het omzetten van trillingsenergie in elektrische energie. Deze methode is alleen ideaal voor machines die trillen.

• UV/IR energie moet een directe zichtlijn hebben tussen de zender en de ontvanger om goed te kunnen werken, eventuele obstakels zorgen ervoor dat er geen stroom bij de ontvanger komt.

• Qi is inductief opladen en biedt watt vermogen, maar is alleen voor toepassingen waarbij de zender en ontvanger enkele millimeters van elkaar verwijderd zijn; apparaatuitlijning is vrij beperkend.

• Zonne en wind, moet in de meeste gevallen buiten zijn en kan daarom duur zijn om te bouwen en kan ook een beetje beperkt zijn in zijn mogelijkheden.

• Radiofrequentie (RF) vereist geen directe zichtlijn, kan stroom leveren aan waterdichte behuizingen, heeft een laag vermogen (μW tot mW) en is veelzijdiger dan de eerder genoemde processen.

Draadloze sensornetwerken

RF draadloze stroomtechnologie is uniek omdat het gebruik maakt van radiofrequente elektromagnetische golven in plaats van magnetische velden om een ​​apparaat op te laden. Een RF-zender gebruikt elektronica om een ​​RF-signaal te genereren. Het RF-signaal wordt naar een antenne gestuurd, die de RF-golven naar een in een apparaat ingebouwde ontvanger zendt, die ze met een antenne oppikt. Ze worden vervolgens omgezet in bruikbare DC met behulp van een embedded chip. Dit voedt het apparaat of laadt de batterij op. De overdracht van RF draadloos vermogen kan in het verre veld worden beschreven met behulp van de bekende Friis-vergelijking. De vergelijking laat ons zien hoe het uitgezonden vermogen, de soorten antennes en de frequentie van het RF-signaal het ontvangen vermogen op verschillende afstanden beïnvloeden.

RF draadloos vermogen kan worden geïmplementeerd als een oplaadpunt waar meerdere apparaten tegelijkertijd van stroom kunnen worden voorzien; als een RF-straal die direct naar een bepaald apparaat kan worden gestuurd op enkele meters afstand van de zender; of als scherpstelpunt direct voor de zender. Omdat het een tweezijdig systeem is (zenden en ontvangen), kan voor de meeste toepassingen een oplossing worden ontworpen. Een groot voordeel van draadloze RF-stroom is dat het kan worden geïmplementeerd in verschillende omgevingen en configuraties, bijvoorbeeld in grootschalige faciliteiten zoals hotels, kantoorcomplexen en campussen. Meestal zijn er onbezette delen van een hotel, kantorencomplex of campus, die geen verlichting nodig hebben of de temperatuursystemen constant moeten werken. De mogelijkheid om deze omstandigheden te veranderen (geen lampen aan in bepaalde niet-bezette kamers en niet dat de airconditioning of het verwarmingssysteem minder vaak aangaat of werkt) kan milieuvriendelijke faciliteiten creëren, de gebruikerservaring verbeteren en aanzienlijke kostenbesparingen opleveren.

Door de complexiteit van de implementatie worden sensornetwerken doorgaans alleen geïntegreerd wanneer het gebouw is ontworpen of tijdens een grootschalige verbouwing. Draadloze sensornetwerken (WSN's) die gebruikmaken van draadloze RF-stroom maken de implementatie echter veel eenvoudiger. Het is niet nodig om kabels te leggen, geen rekening te houden met batterijproblemen. Een WSN maakt onbeperkte, ruimtelijk verspreide en speciale sensoren mogelijk voor het bewaken en rapporteren van de fysieke omstandigheden van de omgeving en het organiseren van de verzamelde gegevens op een centrale locatie.

Tegenwoordig vertrouwen WSN's nog steeds voornamelijk op batterijvermogen, wat, zoals opgemerkt, niet helemaal betrouwbaar of wenselijk is. Maar door de introductie van de 'cut the cords'-mentaliteit van WSN-tech kan detectie plaatsvinden uit het zicht en op moeilijk bereikbare plaatsen. Door het integreren van energiewinning gaat de veelzijdigheid van WSN een stap verder door menselijke interactie na installatie te elimineren, zodat deze systemen continu betrouwbaar kunnen werken zonder dat er onderhoud nodig is. Bovendien, hoewel het oogsten van energie aanvankelijk initiële kosten met zich meebrengt, is de economische ROI van meer controle snel, en de vrijheid van toekomstig onderhoud (batterijvervanging) en verwijdering hebben een groter effect.

Naast omgevingsbewaking en -controle, zijn andere manieren waarop deze technologie kan worden toegepast, onder meer batterijloze persoonlijke temperatuurscansystemen die zijn ontworpen om te helpen met COVID-19-protocollen, batterijloze detectie in kamers voor gevaarlijk materiaal of opslagcontainers waar het gevaarlijk is voor personen om in de buurt te zijn , en zelfs het volgen van de vaccintemperatuur met behulp van bestaande RFID-apparatuur - een gangbare praktijk in de meeste medische omgevingen.

Vraag naar WSN's

Naarmate de vraag naar AI toeneemt, zal ook de vraag naar WSN's toenemen. Onderzoeksprojecten dat de wereldwijde markt voor draadloze sensornetwerken naar verwachting zal groeien met een CAGR (samengestelde jaarlijkse groei) van meer dan 14 procent gedurende de prognoseperiode. De omvang kan tegen 2022 oplopen tot $ 1,5 miljard. WSN's zijn om vele redenen nuttig:ze zijn flexibel en aanpasbaar, zijn schaalbaar en kunnen op elk moment nieuwe apparaten huisvesten, en kunnen helpen bij kostenbesparingen omdat er geen bedradingskosten zijn.

De behoefte aan WSN's zal in alle bedrijfssectoren worden gezien - van detailhandel tot magazijnen, productiefaciliteiten en daarbuiten. Zelfs openbare ruimtes gebruiken WSN's in verkeerslichten, bushaltes, snelwegen, zebrapaden, enzovoort. Kantoorgebouwen gebruiken WSN's om de locaties van werknemers te bewaken en om activa te volgen om te zien waar laptops zich in een gebouw bevinden. Van slimme thermostaten, sloten, jaloezieën, lichten en stekkers, het lijkt erop dat tegenwoordig alles is verbonden, en naarmate we meer slimme apparaten zien verschijnen, zullen we nog grotere vragen voor WSN's zien. Ze zullen de ruggengraat vormen van de slimme steden van morgen.

RF draadloze voeding

Hoewel er verschillende opties zijn voor draadloze stroomvoorziening, is RF een van de meest betrouwbare en schaalbare vormen van draadloze stroomoverdracht voor zowel binnen- als buitenomgevingen. Over het algemeen is draadloos vermogen betrouwbaarder dan het oogsten van energie, omdat het herkenbaar en voorspelbaar is. Het is ook eenvoudig om draadloze RF-oplaadtechnologie te integreren, omdat deze niet wordt beperkt door beweging of exacte plaatsing, waardoor hij geschikt is voor apparaten die inductie niet kunnen.

Draadloze stroom is de technologie van morgen. Het geeft ons de flexibiliteit om WSN's zo in te zetten dat we morgen slimmer, veiliger, groener en beter kunnen maken.

Dit artikel is geschreven door Charlie Goetz, Chief Executive Officer, Powercast (Pittsburgh, PA). Voor meer informatie kunt u contact opnemen met de heer Goetz via Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien.; of bezoek hier .