logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Samozasilający się sensor, który zbiera energię magnetyczną

ghost666 29 Sty 2024 02:05 1116 9
  • Samozasilający się sensor, który zbiera energię magnetyczną
    System zaprojektowany w amerykańskim Massachusetts Institute of Technology (MIT) ma pozwolić na działanie sensorów w dalekich lokalizacjach bez konieczności korzystania z baterii.

    Badacze z MIT opracowali czujnik zasilany energią pozyskiwaną ze środowiska. Eliminuje to potrzebę regularnego ładowania lub wymiany baterii. Taki sensor może być zainstalowany w trudno dostępnych miejscach, na przykład wewnątrz silnika statku, gdzie automatycznie zbiera dane o zużyciu energii i operacjach maszyny przez długi czas. Zespół skonstruował czujnik do pomiaru temperatury, który pozyskuje energię z pola magnetycznego generowanego w otoczeniu. Sensor można łatwo przymocować na przykład do kabla zasilającego silnik i automatycznie otrzymywać i przechowywać energię, którą przewód ten wypromieniowuje. A następnie wykorzystać go do monitorowania temperatury silnika.

    „Jest to energia otoczenia, do której nie trzeba się specjalnie podłączać, aby ją pozyskać. I to sprawia, że ten sensor jest bardzo łatwy do zainstalowania” — mówi Steve Leeb, profesor inżynierii elektrycznej i mechanicznej na MIT. W opracowanym systemie naukowcy oferują przewodnik projektowy dla czujnika, który pozwala inżynierom zrównoważyć zasilanie energią dostępną w otoczeniu z jego potrzebami pomiarowymi. Framework projektowy nie jest ograniczony do sensorów pozyskujących zasoby z pola magnetycznego i może być zastosowany do tych korzystających z innych źródeł, takich jak drgania czy światło słoneczne.

    Stworzony projekt może znacząco obniżyć koszty instalacji i utrzymania sieci czujników w fabrykach, magazynach i przestrzeniach komercyjnych. Potencjalne zastosowania obejmują monitorowanie systemów na statkach, gdzie dostęp do zasilania jest trudny, a energia czerpana z otoczenia mogłaby umożliwić instalację różnorodnych sensorów diagnostycznych, redukując wydatki na rzecz konserwacji.

    Jak to zrobić?

    Aby opracować skuteczny, bezbateryjny czujnik pozyskujący energię ze środowiska, badacze musieli sprostać trzem kluczowym wyzwaniom. Po pierwsze, system musi być zdolny do: „zimnego startu”. Oznacza to, że musi uruchomić swoją elektronikę bez początkowego napięcia. Osiągnęli to dzięki sieci zintegrowanych układów i tranzystorów. Pozwalają one systemowi pasywnie kumulować energię do uzyskania określonego progu. Całość włączy się, dopiero gdy zgromadzi wystarczającą moc do pełnego działania. Po drugie, system musi efektywnie przechowywać i przekształcać czerpaną energię, bez użycia baterii. Choć badacze mogliby ją dołączyć do układu, byłoby to dodatkowe skomplikowanie i mogłoby stanowić ryzyko np. pożarowe. „W wielu aplikacjach nawet nie masz luksusu wysłania technika do wymiany baterii. Zamiast tego nasz system jest bezobsługowy. Pozyskuje energię i działa samodzielnie” — dodaje Monagle.

    Aby uniknąć użycia baterii, badacze wprowadzili wewnętrzne magazynowanie zasobów, które może obejmować szereg kondensatorów. Prostszy niż bateria, kondensator przechowuje energię w polu elektrycznym między przewodzącymi okładkami. Może on być wykonany z różnych materiałów, a jego parametry uda się dostosować do odmiennych warunków pracy, wymagań bezpieczeństwa i dostępnej przestrzeni. Zespół starannie zaprojektował kondensatory. To znaczy tak, aby były wystarczająco duże, aby przechowywać energię potrzebną do włączenia układu i rozpoczęcia aktywnego jej pozyskiwania, ale adekwatnie małe, aby faza ładowania nie trwała zbyt długo. Dodatkowo, ponieważ sensor może przez tygodnie lub nawet miesiące pozostawać wyłączony przed wykonaniem pomiaru, upewnili się, że kondensatory mogą magazynować dostateczną ilość energii, nawet jeśli część z niej z czasem wycieka.

    Wreszcie, badacze opracowali też szereg algorytmów sterujących, które dynamicznie mierzą i planują zużycie zasobów przez urządzenie. Mikrokontroler, „mózg” interfejsu zarządzania energią, stale sprawdza, ile jest jej przechowywane. I decyduje, czy włączyć lub wyłączyć sensor. A także, czy wykonać pomiar lub zwiększyć, jeśli to możliwe, ilość zbieranej energii, aby zaspokoić bardziej złożone potrzeby pomiarowe. „Tak samo, jak przy zmianie przerzutek w rowerze, interfejs zarządzania energią patrzy na to, jak radzi sobie jej magazyn, sprawdzając w zasadzie, czy system pedałuje za mocno, czy za słabo. A następnie reguluje obciążenie elektroniczne, aby maksymalizować ilość czerpanych zasobów i dostosować ich zbieranie do potrzeb sensora” — wyjaśnia Monagle.

    Czujnik, który sam się zasila

    Korzystając z tego szablonu projektowego, zespół zbudował układ zarządzania energią dla dostępnego na rynku sensora temperatury. Urządzenie pozyskuje zasoby z pola magnetycznego i używa ich do ciągłego próbkowania danych temperaturowych, które przesyła do interfejsu smartfona za pomocą technologii Bluetooth. Badacze użyli układów o bardzo niskim poborze mocy do zaprojektowania urządzenia. Jednak szybko stwierdzili, że mają one ścisłe ograniczenia dotyczące tego, jakie napięcia mogą wytrzymać, zanim ulegną awarii. Pozyskiwanie zbyt dużej ilości energii mogłoby spowodować uszkodzenie takiego urządzenia. Aby tego uniknąć, system operacyjny modułu zbierania energii w mikrokontrolerze automatycznie dostosowuje lub ogranicza gromadzenie, jeśli ilość zasobów staje się zbyt duża, jak na zapotrzebowanie. „Zabezpieczenie czujnika przed dostarczeniem wystarczającej ilości energii do przesyłania danych to ciągłe wyzwanie, które wiąże się z ostrożnym projektowaniem” — mówi Monagle.

    Badacze odkryli także, że komunikacja — przesyłanie danych zebranych przez czujnik temperatury — była zdecydowanie najbardziej zasobochłonną operacją. W przyszłości planuje się eksplorować mniej energetyczne środki, takie jak użycie interfejsów optycznych lub akustycznych. Naukowcy chcą również bardziej rygorystycznie modelować i przewidywać, ile energii może napływać do systemu lub ile może jej potrzebować czujnik do wykonania pomiarów. Dzięki czemu urządzenie może skutecznie zbierać jeszcze większe ilości danych. „Jeśli dokonasz tylko tych pomiarów, które uważasz za potrzebne, możesz przeoczyć coś naprawdę wartościowego. Dzięki większej ilości informacji można dowiedzieć się czegoś, czego nie spodziewałeś się odnaleźć na temat działania urządzenia. Nasz szablon pozwala zrównoważyć te względy” — mówi Leeb. „To dobrze udokumentowana praktyczna koncepcja tego, co powinien wewnętrznie obejmować samozasilający się moduł czujnika dla realistycznych scenariuszy aplikacji. Ogólne wytyczne projektowe, zwłaszcza dotyczące problemu zimnego startu, są bardzo pomocne” — mówi Jinyeong Moon, adiunkt w zakresie inżynierii elektrycznej i informatyki na Florida A&M University, który nie był zaangażowany w tę pracę. „Inżynierowie planujący zaprojektowanie modułu samopodtrzymującego dla bezprzewodowego modułu czujnika będą chętnie korzystać z tych założeń”.

    Praca ta została częściowo wsparta przez Biuro Badań Morskich i Fundację Grainger.

    Źródło: https://news.mit.edu/2024/self-powered-sensor-harvests-magnetic-energy-0118

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11960 postów o ocenie 10197, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2 20935192
    akihanza
    Poziom 2  
    Wielki szacunek dla autora ale widać, że to artykuł 'kopiuj-wklej" z google translatora. Nie da się tego czytać ;(.
  • #3 20935734
    SuMariok
    Poziom 9  
    ghost666 napisał:
    Po pierwsze, system musi być zdolny do: „zimnego startu”. Oznacza to, że musi uruchomić swoją elektronikę bez początkowego napięcia. Osiągnęli to dzięki sieci zintegrowanych układów i tranzystorów. Pozwalają one systemowi pasywnie kumulować energię do uzyskania określonego progu. Całość włączy się, dopiero gdy zgromadzi wystarczającą moc do pełnego działania. Po drugie, system musi efektywnie przechowywać i przekształcać czerpaną energię, bez użycia baterii.


    Za to, to chyba bedzie Nobel. To już nawet nie zjeść ciastko i nadal go mieć, ale nie mieć ciastka, zjeść go i teraz mieć dwa!

    Chyba wpadli na ten sam pomysł, co paru... z naszego podwórka. Produkcja ogniw perowskitowych, polskie samochody elektryczne, programy kosmiczne, elektrownie atomowe, ekologia itd itd.... od lat (a czasem dekad) o tym czytam w mediach i końca nie widać, a jak sie zglebić jak im idą te badania, jakie postępy prac, to aż sie włosy na głowie jeżą, ile dotacji i subwencji już pochłonęły, gdzie już w grube setki milionów to idzie. A nawet nie ma jednego głupiego filmiku z jakimkolwiek działającym prototypem.... i nie zanosi sie, aby powstał i to niezależnie o której dziedzinie mówimy.

    Tutaj sensor sam generuje energie w jakiś magiczny sposób np z fal radiowych, albo z kwantów grawitacji, aby czasem siebie zasilić i niech zgadnę... za mało tego prundu dla komunikacji radiowej, więc owy sensor zebrane dane przesyła po kablu?
    Majstersztyk! :)
  • #4 20935773
    ppc
    Poziom 18  
    Ale tu nie ma żadnej magii ani oszustwa. Nawiń sobię cewkę, przyłóż woltomierz i voila, okazuje się, że masz prąd pod ręką. Cała sztuczka polega na zbudowaniu układu, który za pomocą mikroskopijnego prądu z tej cewki naładuje superkondensator. Energia nie bierze się z nikąd, układ pasożytuje na pobliskim źródle promieniowania elektromagnetycznego.
  • #5 20936092
    SuMariok
    Poziom 9  
    Ile lat sie ładuje ten superkondesator, by przesłać paczke danych z tego sensora? i jak z jego żywotnością? dlaczego brak jakichkolwiek konkretów, zdjęć, filmów -to nie średniowiecze, zwykli szarzy ludzie z iq 80 na yt nagrywają jak idą na grzyby, albo jak kanapke jedzą w barze mlecznym, a tacy wybitni naukowcy nie potrafią?
    Za to chętnie zobacze Twój film, jak nawijasz taką cewke i zasilasz nią coś... hehehe -wtedy mi powiedz:
    ppc napisał:
    Ale tu nie ma żadnej magii ani oszustwa.

    Dasz rade?
  • #6 20936249
    ppc
    Poziom 18  
    Dowód (no chyba, że powiesz, że artykuł w IEEE sfabrykowany...)
    https://ieeexplore.ieee.org/document/10341273

    Powiedz mi, a w fale radiowe również nie wierzysz? Słyszałeś o czymś takim jak radio detektorowe? Też działa bez zewnętrznego źródła zasilania. To jest dopiero magia. A tutaj się po prostu kradnie prąd z pobliskiego przewodu.

    Myślę, że byłbym w stanie zbudować coś podobnego, tylko po co? Żeby się kłócić z jakimś randomem w necie?
  • #7 20937483
    cefaloid
    Poziom 34  
    ghost666 napisał:
    Badacze z MIT opracowali czujnik zasilany energią pozyskiwaną ze środowiska. (...). Sensor można łatwo przymocować na przykład do kabla zasilającego silnik i automatycznie otrzymywać i przechowywać energię, którą przewód ten wypromieniowuje.


    No ba! Kable zasilające to nasze środowisko, natura! Ja dla przykładu przylepiłbym taki sensor do jakiegoś leżącego kabla na Rysach i mógłbym monitorować temperaturę tam panującą. A nie... Czekaj....
  • #8 20937658
    SuMariok
    Poziom 9  
    ppc napisał:
    Myślę, że byłbym w stanie zbudować coś podobnego, tylko po co? Żeby się kłócić z jakimś randomem w necie?


    - to zabrzmiało jak kompleksy hehe czyżby skończyły sie argumenty i zaczynasz atak ad personam?
    Gdybyś zbudował coś takiego, np budujesz to wspomniane już radio detektorowe, którym zasilasz jakikolwiek czujnik i jakiś moduł WIFI lub BT, ustawiasz kamere (bo zakładam, że masz telefon) i nagrywasz jak super działa, to wzbudził byś nie małe zainteresowanie. Szczególnie gdybyś te 20-metrowe anteny ma wysokich masztach od tego detektora upchał do czegoś równie małgo jak te czujniki czy moduły, ale to cza umić w magie... dlatego twierdze, że

    NIE JESTEŚ W STANIE TEGO ZBUDOWAĆ, ANI TYM BARDZIEJ TEGO NAGRAĆ GDY DZIAŁA!
    Tak jak nie jesteś w stanie podać żadnego sensownego argumentu, nawet jakiemuś randomowi z neta... :)
  • #9 20939338
    ken-wawa
    Poziom 12  
    SuMariok napisał:
    Gdybyś zbudował coś takiego, np budujesz to wspomniane już radio detektorowe, którym zasilasz jakikolwiek czujnik i jakiś moduł WIFI lub BT,


    Ale radio detektorowe raczej nie było używane do zasilania czegokolwiek innego poza radiem... I te radia były popularne zaraz po wojnie... Pogadaj ze starszymi ludźmi...
  • #10 20942074
    SuMariok
    Poziom 9  
    ken-wawa napisał:
    Ale radio detektorowe raczej nie było używane do zasilania czegokolwiek innego poza radiem... I te radia były popularne zaraz po wojnie... Pogadaj ze starszymi ludźmi...


    To do mnie? -serio?
REKLAMA