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感知“利”器:自供电无线振动自主报警系统

导读: 随着能量采集技术和低功耗电子技术的发展,业界提出了多种多样的自供能无线传感节点方案。“事件驱动(event-driven)”机制是无线传感网部署中的重要技术。

随着能量采集技术和低功耗电子技术的发展,业界提出了多种多样的自供能无线传感节点方案。“事件驱动(event-driven)”机制是无线传感网部署中的重要技术。所谓事件驱动,是指仅在某些特定事件(例如地震、火灾、温度/湿度等达到某一阈值)发生时,传感器才被唤醒进行数据传输工作,在其他时刻则保持低功耗休眠状态。这一机制对于有效利用能源、延长传感网寿命、降低使用成本等有着重要意义。

感知“利”器:自供电无线振动自主报警系统

在很多“事件驱动”的场合,我们只关心监测的物理量是否达到阈值,比如输油管道受到的冲击是否达到了足以破坏其结构的程度。在这样的背景中,持续、精确的加速度数据显然是冗余的,要维持精确的测量需要消耗较多的能源,增加维护难度和成本,而“事件驱动”传感机制则可以压缩信息,节省能源。

感知“利”器:自供电无线振动自主报警系统

以输油管道为例,将“事件驱动”型能量采集器安装在管道上,管道不受到外界作用时,采集器几乎没有任何输出;当外界破坏行为在管道上造成一定程度的振动/冲击时,达到某一预设阈值时,采集器产生的电能即迅速大幅提升,后级电路只需检测到电能积累到一定程度,即可通过射频发射电路发出一个报警信号。这个信号可以非常简单,只需包含受破坏管道的位置信息。在这种工作模式下,传感器和能量采集器融为一体,而电路并不需要处理振动频率、幅度等信息,也不需要为传感器单独提供电源,大大简化了传感节点的构造。直接利用能量采集器实现“事件驱动”的发电行为,则能够在单个器件上同时做到能量采集和传感,形成传感/能量采集一体的新型自供电传感系统。

【推荐发明专利】

《自供电无线振动自主报警系统》

【发明内容】

本发明针对现有无线振动传感器架构复杂、不能有效利用环境能源的不足,提供了一种自供电无线振动自主报警系统及方法。可以监测外界环境的机械振动,并在振动幅度高于特定预设阈值时自主无线发送报警/提示信号。

该系统包括一个利用驱动阈值发电的能量采集器,用于整流和存储能量的能量转换与存储电路,用于检测并判断所述能量转换与存储电路中电压是否超过其预设电压阈值的控制电路,以及与控制电路连接的无线发射电路。

感知“利”器:自供电无线振动自主报警系统

上图为当外界振动达到或超过预设阈值时,能量采集器的两级振子的振动模式示意图

其中,能量采集器包括:用于感应外界振动的第一级振子,以及用于发电的第二级振子。第一级振子自由端上下表面分别固定长方体磁铁和长方体质量块。第二级振子自由端上表面固定长方体磁铁,第二级振子固定端上表面依次粘接下电极、压电薄膜、上电极。

振动自感知能量采集器具有驱动阈值,在环境振动幅度低于阈值时不发电,只在环境振动幅度高于阈值时将振动的机械能转化成电能。发出的交流电在能量转换与存储单元中转化为直流电并存储起来。控制电路检测到电能积攒到一定程度时,控制无线发射电路上电并发射报警/提示信号,报告事件的发生。

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