我们在AI(人工智能)爆炸时代。一切 - 从冰箱到狗的碗 - 将成为AI神经元网络的一部分。在全球范围内的AI市场收入,包括软件,硬件和服务,预计将在2021年增长16.4%至3275亿美元,到2024年,市场预计将打破500亿美元的标志。

虽然这些数字令人印象深刻,但是当它可以通过来自不同来源的持续数据流馈送时,AI只会达到它的全部潜力。为了以实现高价值AI输出的速率收集数据,您需要一个普遍存在的传感器网络。传感器是发射AI突触的神经元。这些协同作用对输出的频率和质量势在所要。

在过去的几年中,传感器已经开始成为物联网的框架。到2022年,运动传感器预计将占全球物联网传感器市场的8.35%。到2022年,启用传感器市场产生的总收入预计将达到560亿美元。

传感器网络需要继续扩展,以便能够真正支持采用和实现高价值AI。然而,由于需要访问功率,传感器网络的可扩展扩展被放置的限制扼杀。那么我们如何“保持灯和神经元射击?”

从历史上看,传感器由电线和/或电池供电。但是,这两个选项都有局限性。线材可能是昂贵的,运行和经常限制 - 电缆长度的限制和破损点的潜力。电池的使用寿命有限;他们需要定期更换,并且在花费时被扔掉。简而言之,它们不可依赖于所需的时间周期;它们是重复性的成本,它们是环境不可持续的。

传统权力的替代方案

电线和电池的替代品是能量收集(获取可用能量)。或者是无线充电(产生能量,以无线方式为设备供电),这是一个过程,能量从可预测的外部能源中获取,并存储,以供应用,包括小型无线自主设备,如在无线传感器网络中使用的设备。

有许多无线充电方法,我们将简要看看:

  • 振动是将振动能量转换为电能的概念。这种方法仅适用于振动的机械设备。

  • UV / IR.能量必须在发射器和接收器之间的视线范围内才能正常工作,任何障碍都会导致能量无法到达接收器。

  • 电感充电并提供瓦特的电源,但仅适用于发射器和接收器几毫米的应用;设备对齐是完全限制性的。

  • 太阳能和风能,在大多数情况下,必须是户外的,因此可能是昂贵的建设,也可能在能力上有一点限制。

  • 无线电频率(RF)不需要直接视线,可以将电力输送到防水外壳,是低功率(μW至MW),比先前提到的方法更通用。

无线传感器网络

射频无线电源技术是独特的,因为它使用射频电磁波而不是磁场来为设备充电。射频发射机使用电子器件产生射频信号。射频信号被发送到天线,天线将射频波发送到设备内的接收器,接收器用天线接收射频信号。然后使用嵌入式芯片将它们转换成可用的直流。这为设备供电或给电池充电。射频无线功率的传输可以用众所周知的弗里斯方程在远场中描述。方程显示了在不同距离下,发射功率、天线类型和射频信号频率对接收功率的影响。

图2. PowerSpot发送器。(由Powercass提供)

RF无线电源可以实现为充电点,其中多个设备可以同时供电;作为一个RF光束,可以直接向特定设备距离变送器几米;或作为直接在发射器前方的聚焦点。因为它是一个双面系统(传输和接收),所以可以为大多数应用程序设计一个解决方案。RF无线功率的一个大优势在于它可以在各种不同的环境和配置中实现,例如,酒店,办公楼和校园等大型设施。大多数时候大多数酒店都有一系列无人居住的地区,办公楼或校园,不需要在稳定状态下运行的灯光或温度系统。改变这些条件的能力(在某些未占用的房间内没有灯,而不是透过的AC或加热系统踢或不太频繁地踢)可以创造环保的设施,增强用户体验并提供显着的节省成本。

通常,由于实施的复杂性,传感器网络只有在建筑设计或大规模改造过程中才集成。然而,使用射频无线电源的无线传感器网络(WSNs)使实现更加容易。无需运行电线,无需考虑电池问题。无线传感器网络使不受限制的、空间分散的和专用的传感器能够监测和报告环境的物理条件,并在一个集中的位置组织收集的数据。

今天,无线传感器网络仍然主要依靠电池供电,正如前面提到的,这不是完全可靠的或更好的。但是,WSN技术“切断电线”理念的引入,使得传感能够在视线之外和难以触及的地方进行。集成能量收集将无线传感器网络的多功能性进一步提升,在安装后消除了人机交互,因此这些系统可以可靠地连续运行,无需维护。此外,虽然能源收集确实增加了初期的前期成本,但更大的控制带来的经济投资回报率很快,而且未来维护(电池更换)和处理的自由度具有复合效应。

Outside of environmental monitoring and control, other ways this technology can be applied include battery-free personal temperature scanning systems designed to help with COVID-19 protocols, battery-free sensing in hazardous material chambers or storage containers where it’s dangerous for individuals to be around, and even vaccine temperature tracking using existing RFID equipment — a common practice in most medical settings.

图3.较少的电池RFID温度扫描仪。(由Powercass提供)

对WSNS的需求

随着对AI的需求增加,WSN的需求也会增加。研究项目,即全球无线传感器网络市场预计在预测期超过14%的CAGR(复合年增长率)上增长。它的大小可以将2022年气球到15亿美元。WSN是有益的,原因有很多:它们是灵活的,适应性可扩展,可以随时容纳新设备,并且可以帮助节省成本,因为没有布线成本。

对无线传感器网络的需求将遍及所有业务领域——从零售到仓库、制造设施以及其他领域。甚至公共空间也在交通信号灯、公交车站、高速公路、人行横道等领域使用无线传感器网络。办公大楼使用无线传感器网络来监控员工的位置,以及资产跟踪,以查看笔记本电脑在大楼内的位置。从智能恒温器、锁、百叶窗、灯和插头,如今似乎一切都是相连的,随着越来越多的智能设备出现,我们将看到对无线传感器网络的更多询问。他们将成为未来智能城市的支柱。

RF无线电力

虽然有几种用于超空气功率的选项,但RF是室内和室外环境中最可靠和可扩展的无线电力传输形式。通常,无线电源比能量收集更可靠,因为它是可识别和可预测的。它还容易集成RF无线充电技术,因为它不受运动或精确放置的限制,使其能够容纳感应不能的设备。

无线电源是明天的启用技术。它将使我们能够以我们可以使明天更聪明,更安全,更环保,更好的方式部署WSN的灵活性。

这篇文章是由Charlie Goetz,Choftcast(Pittsburgh,PA)的Charlie Goetz撰写的。有关更多信息,请联系Goetz先生此电子邮件地址正在受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用JavaScript来查看它。;或访问这里


传感器技术杂志

本文首次发表于《华尔街日报》2021年6月号传感器技术杂志。

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