能量采集
關(guān)注創(chuàng)建者：～心有所蜀 創(chuàng)建時(shí)間：2017-02-16
能量采集的實(shí)例教程
摩擦納米發(fā)電機(jī)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)能量富集和自供電的傳感技術(shù)，將其與電子皮膚相結(jié)合有望為下一代可穿戴電子產(chǎn)品、個(gè)性化醫(yī)療以及人機(jī)界面等領(lǐng)域帶來新的機(jī)會(huì)。
【成果簡介】
近日，美國佐治亞理工學(xué)院王中林教授課題組開發(fā)了一種簡單、低成本的方法制備可拉伸的摩擦納米發(fā)電機(jī)的方法，其可以用作多功能電子皮膚，并實(shí)現(xiàn)了生物力學(xué)能量的采集以及多種機(jī)械刺激的感知。通過在硅橡膠彈性體中嵌入連續(xù)的“鏈?zhǔn)健睎艡跔罱诲e(cuò)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，賦予了該種電子皮膚以良好的透明性和拉伸性、高壓敏感性以及優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性。研究表明，該摩擦納米發(fā)電機(jī)能夠點(diǎn)亮高達(dá)170個(gè)LED，而且其作為多功能傳感器能夠監(jiān)測人的諸如動(dòng)脈脈沖和聲音振動(dòng)等生理信號。該成果以題為"A Stretchable Yarn Embedded Triboelectric Nanogenerator as Electronic Skin for Biomechanical Energy Harvesting and Multifunctional Pressure Sensing"發(fā)表在Advanced Materials上。
展開 自供能心臟起搏器設(shè)計(jì)圖
心臟起搏器是一種臨床上最為常見的輔助心功能的植入式醫(yī)療電子治療器件，通過脈沖發(fā)生器發(fā)放由電池提供能量的電脈沖，通過導(dǎo)線電極的傳導(dǎo)，刺激電極所接觸的心肌，使心臟激動(dòng)和收縮，從而達(dá)到治療由于某些心律失常、心力不足等所致的心臟功能障礙的目的。值得注意的是，所有的這些植入式心臟起搏器都是帶有一塊內(nèi)置電池，目前主要采用高能量密度的鋰離子電池作為能量的供應(yīng)來源。然而，由于內(nèi)置電池所存儲(chǔ)的電量是固定的，起搏器的使用壽命也必然是有限，一般5-12年，周期性地進(jìn)行起搏器更換手術(shù)是起搏器植入患者目前無法避免的，這種周期性更換術(shù)大大增加了高發(fā)病率患者的健康風(fēng)險(xiǎn)，也會(huì)給患者帶來巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，甚至增加了潛在的死亡率。另外，為了保障起搏器有足夠的能量維持正常的使用壽命，起搏器在功能完善和小型化等方面的發(fā)展也受到了極大制約。半個(gè)多世紀(jì)以來，能源供給成為起搏器壽命的直接因素，也是發(fā)展到今天所面臨的最大限制性因素。通過能量采集技術(shù)轉(zhuǎn)化體內(nèi)本身豐富的生物化學(xué)能、機(jī)械能等為起搏器供能成為一種醫(yī)療器件可持續(xù)供能的重要解決方案而得到廣泛研究。無電池的自供能心臟起搏器也成為心臟起搏器重要發(fā)展趨勢。
入式能量采集器供能于心臟起搏器
該研究基于塊體壓電陶瓷的高性能壓電效應(yīng)，通過化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)對塊體壓電陶瓷材料進(jìn)行厚度方向上的微尺度加工控制，使得脆性的壓電陶瓷在薄膜化后能很好的適應(yīng)襯底的柔性變形，并保持著塊體的高性能壓電系數(shù)，進(jìn)而為制備高輸出性能的植入式壓電能量采集器提供了關(guān)鍵材料基礎(chǔ)。再利用彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的壓電能量采集器轉(zhuǎn)化心臟跳動(dòng)過程中的機(jī)械能為心臟起搏器可利用的電能。本課題組和第二軍醫(yī)大學(xué)合作將研制的囊狀結(jié)構(gòu)柔性壓電能量采集器植入到豬的體內(nèi)，目前實(shí)現(xiàn)了輸出電流15 μA，相比之前報(bào)道提高8.5倍，使得這一輸出滿足心臟起搏器的功能需求。
展開 無源NFC：基于NFC通信的無線射頻能量采集技術(shù)
無電技術(shù)可以簡單理解為沒有電池儲(chǔ)能的能源采集與儲(chǔ)集技術(shù)，其能源主要是從環(huán)境中獲取，如光能、溫差轉(zhuǎn)換、震動(dòng)能量等，而每開創(chuàng)新的技術(shù)落腳點(diǎn)主要在于無線射頻能量的采集。
所謂無線射頻采集是一種從設(shè)備和設(shè)備之間通訊產(chǎn)生的射頻能量收集并轉(zhuǎn)化成電能的過程，如手機(jī)與路由器的通訊過程產(chǎn)生的無線電射頻信號，當(dāng)手機(jī)未被連接時(shí)，這些信號彌散在空氣中或者存在于光纖電纜中，每開創(chuàng)新通過技術(shù)對其進(jìn)行集中處理成一個(gè)能量來源，并通過收集和轉(zhuǎn)化的方式獲得能量。
傳統(tǒng)的設(shè)備通信交互方式是發(fā)射端不帶電，向接收端傳輸信號信息，而接收端需要帶電源維持供電狀態(tài)，這種方式成本高、不穩(wěn)定、耗能高、效率低；每開創(chuàng)新的無電無線微能源抓取與通信方案是發(fā)射端帶電，而接收端不帶電，發(fā)射端向接收端供電并傳送通信信息，接收端通過抓取發(fā)射端射頻信號能量帶動(dòng)能量轉(zhuǎn)化。
每開創(chuàng)新表示：“我們的一個(gè)核心技術(shù)思路是利用帶電發(fā)射端的設(shè)備向不帶電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號，形成雙向數(shù)據(jù)讀寫，進(jìn)而利用射頻信號形成供電，傳輸數(shù)據(jù)，完成設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。這種方法低功耗、低成本，還能提供安全的數(shù)據(jù)傳輸?！?每開創(chuàng)新選擇的技術(shù)切入點(diǎn)率先落腳在NFC這種近場通信的無線電射頻應(yīng)用領(lǐng)域，基于實(shí)際應(yīng)用場景需求，在近、中、遠(yuǎn)距離場景中，先行選擇了近場環(huán)境推動(dòng)研發(fā)。
以NFC作為技術(shù)切入點(diǎn)，原因是什么？每開創(chuàng)新告訴我們，NFC方案采用國際通用的通信規(guī)則，擁有更高的適配性和適用度，不需要大幅度改造，改造成本低，用戶也不需要深度學(xué)習(xí)新設(shè)備，學(xué)習(xí)成本也低。
基于國際標(biāo)準(zhǔn)NFC通信協(xié)議，每開創(chuàng)新通過獨(dú)創(chuàng)的射頻能量算法芯片，利用NFC通信過程中產(chǎn)生的射頻能源，實(shí)現(xiàn)無線取電，瞬間大功率儲(chǔ)電和安全驅(qū)動(dòng)負(fù)載?！斑@是一種基于NFC數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的應(yīng)用創(chuàng)新?！?/span>
展開 摘 要：針對目前無線傳感器風(fēng)能采集效率低和傳統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤算法(MPPT)不適用于微型系統(tǒng)的現(xiàn)狀,提出一種基于電阻仿真的無線傳感器風(fēng)能采集方法。重點(diǎn)研究了電阻仿真技術(shù),通過負(fù)載阻抗來模擬風(fēng)機(jī)的源阻抗,使得電源和負(fù)載之間能夠達(dá)到良好的阻抗匹配,保證在任何運(yùn)行風(fēng)速下采集到的功率都是最大值,從而達(dá)到提高無線傳感器風(fēng)能采集效率、延長其工作壽命的目的。最后通過實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該方法的有效性。
關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò);風(fēng)能采集;電阻仿真;最大功率點(diǎn)跟蹤;
0 引言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)是一種基于無線射頻通信技術(shù)的多跳自組網(wǎng)絡(luò),由部署在監(jiān)測空間內(nèi)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成,在電力系統(tǒng)中多應(yīng)用于智能電網(wǎng)技術(shù)[1,2,3,4]。然而,傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)方式限制了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用與深度拓展,節(jié)點(diǎn)的能量供應(yīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面臨的首要問題。隨著環(huán)境能量收集技術(shù)的研究與發(fā)展,自供電無線傳感器節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)可以在很大程度上緩解能量瓶頸并改善網(wǎng)絡(luò)性能[3,4,5,6,7]。文獻(xiàn)[5,6]提出利用傳感器所處環(huán)境的風(fēng)能和太陽能來為傳感器持續(xù)供電,卻忽略了能量采集的效率問題。文獻(xiàn)[7]提出利用風(fēng)致振動(dòng)的能量來驅(qū)動(dòng)傳感器運(yùn)行,但復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的能量損失和設(shè)備的穩(wěn)定性問題有待考證。對于一個(gè)微型風(fēng)能采集系統(tǒng),由于采集到的電功率通常非常低,且受到微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的制約。因此,最主要的問題是開發(fā)一種高效的功率變換器及與電子電路相關(guān)并包含最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power Point Tracking,MPPT)算法的微驅(qū)動(dòng),用于跟蹤和保持微型風(fēng)機(jī)的最大輸出功率以維持無線傳感器節(jié)點(diǎn)在不同工況下的運(yùn)行。而傳統(tǒng)的MPPT技術(shù)因其復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)導(dǎo)致耗能過高,并不適用于微型風(fēng)能采集系統(tǒng)。
展開 b) 普通織物中編入形狀為英文字母(BINN)的能量收集紗線和ASC紗線。c)自充電系統(tǒng)的等效電路，利用能量采集織物TENG對ASC進(jìn)行充電，然后為電子產(chǎn)品供電。d)不同運(yùn)動(dòng)頻率的TENG面料對兩個(gè)串聯(lián)ASC纖維充電電壓。e) 以4Hz的運(yùn)動(dòng)頻率輕拍TENG面料給兩個(gè)串聯(lián)連接的ASC紗線充電，然后驅(qū)動(dòng)手表工作。
全文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.201806298
來源：高分子科學(xué)前沿
能量采集的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
能量采集的最新內(nèi)容
同時(shí)，設(shè)置好X射線能譜儀的參數(shù)，如能量分辨率、采集時(shí)間等，以確保能夠準(zhǔn)確收集和分析特征X射線信號。
3、數(shù)據(jù)采集
在一切準(zhǔn)備就緒后，啟動(dòng)掃描程序，電子束開始對樣品表面進(jìn)行光柵式掃描。在掃描過程中，X射線能譜儀實(shí)時(shí)收集每個(gè)掃描點(diǎn)產(chǎn)生的特征X射線信號，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。
漢朔Nebular Lux產(chǎn)品的核心能量收集裝置可采集前端弱光源，在轉(zhuǎn)化為電能后輸出給電子價(jià)簽終端設(shè)備，對由電能轉(zhuǎn)化而來的光源進(jìn)行采集和再次利用，幫助企業(yè)控制、減小整體碳足跡。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),我們需要從僅依賴電池驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)WSNs轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)真正自主和可持續(xù)的能量采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Energy Harvesting Wireless Sensor Networks,EH-WSN)[8]。對于EH-WSN來說,傳感器節(jié)點(diǎn)與某種形式的能量采集機(jī)制結(jié)合在一起,它可以直接從周圍環(huán)境中采集風(fēng)、光、振動(dòng)等能量,用于給傳感器節(jié)點(diǎn)上的機(jī)載電池/超級電容器充電。
懸臂梁式壓電能量采集效率的理 論與實(shí)驗(yàn)研究［Ｊ］． 傳感器與微系統(tǒng)， ２０２０（１１）：１８?２０， ２４．
［１０］ 周環(huán)宇． 鋼—活性粉末混凝土（ＲＰＣ） 組合梁界面受剪分析 ［Ｄ］． 湖南大學(xué)， ２０１３．
［１１］ 廖皆文． 中等跨徑鋼 － 混組合連續(xù)梁橋精細(xì)化分析及受力機(jī) 理研究［Ｄ］． 南昌大學(xué)， ２０１９．
［１２］ 曹學(xué)亮， 李法雄．
無源取電技術(shù)可以簡單理解為無電池或外部電源的能源采集與儲(chǔ)能技術(shù)，其能源主要是從環(huán)境中獲?。喝绻饽?、溫差轉(zhuǎn)換、震動(dòng)能量等，本文聚焦無線射頻能量的采集技術(shù)及與電子紙的應(yīng)用結(jié)合。
RFID（無線射頻識別）是大眾最為熟悉、應(yīng)用最廣泛的無線射頻取電技術(shù)，如公交卡等。NFC是RFID中的一種，屬于短距離的高頻無線射頻技術(shù)，通過在單一芯片上集成感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點(diǎn)對點(diǎn)通信的功能。
無源NFC：基于NFC通信的無線射頻能量采集技術(shù)
無電技術(shù)可以簡單理解為沒有電池儲(chǔ)能的能源采集與儲(chǔ)集技術(shù)，其能源主要是從環(huán)境中獲取，如光能、溫差轉(zhuǎn)換、震動(dòng)能量等，而每開創(chuàng)新的技術(shù)落腳點(diǎn)主要在于無線射頻能量的采集。
(無源NFC一體智能箱鎖)
無電池+一體化，一個(gè)產(chǎn)品適配多場景
每開創(chuàng)新推出的無源NFC一體智能箱鎖產(chǎn)品方案（以下簡稱“箱鎖方案”）基于每開獨(dú)有的射頻能量采集技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)在無電池的環(huán)境下，通過射頻取電完成瞬間大功率儲(chǔ)電并完成驅(qū)動(dòng)負(fù)載，當(dāng)把該技術(shù)應(yīng)用到鎖具類產(chǎn)品時(shí)可實(shí)現(xiàn)瞬間鎖具開關(guān)驅(qū)動(dòng)，而在其不工作的時(shí)候，無需提供任何電量。
【北京智芯微電子科技有限公司 人工智能創(chuàng)新業(yè)務(wù)部 經(jīng)理 喬磊】
北京智芯微電子科技有限公司人工智能創(chuàng)新業(yè)務(wù)部經(jīng)理喬磊分享了國產(chǎn)化微能量采集芯片及應(yīng)用案例，室內(nèi)光微能量采集與電子紙的低功耗結(jié)合，對于電子紙相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。
元太科技工業(yè)股份有限公司、CLEARink 無錫科領(lǐng)顯示科技有限公司、泰凌微電子（上海）股份有限公司、北京智芯微電子科技有限公司、重慶御芯微信息技術(shù)有限公司、浙江鑫柔科技有限公司、深圳市合揚(yáng)智能卡科技有限公司、深圳佰瑞興實(shí)業(yè)有限公司、復(fù)陽固態(tài)儲(chǔ)能科技（溧陽）有限公司、寧波圓芯電子有限公司等企業(yè)負(fù)責(zé)人分別圍繞《多種電泳式全彩電子紙最新技術(shù)發(fā)展與趨勢》《全內(nèi)反射式電子紙技術(shù)發(fā)展與趨勢》《ESL市場分析》《國產(chǎn)化微能量采集芯片及應(yīng)用案例
（1）設(shè)備層：需要能量采集變換（PCS、BMS）做支撐；（2）通訊層：主要包括鏈路、協(xié)議、傳輸?shù)龋唬?）信息層：主要包括緩存中間件、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器，其中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和重要?dú)v史數(shù)據(jù)，并提供歷史信息查詢；（4）應(yīng)用層：表現(xiàn)形式包括APP、Web等，為管理人員提供可視化的監(jiān)控與操作界面，具體功能涵蓋能量變換決策、能源數(shù)據(jù)傳輸和采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測控制、運(yùn)維管理分析、電能/電量可視分析
