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前沿 2020-04-27 20:04

美国和意大利科学家联合研究利用无人机发射无线电波为传感器充电的技术

PAEND 摘自 uasvision网站

【据uasvision网站2020年4月24日报道】随着远程传感器在收集数据方面发挥着越来越重要的作用,这些设备也就不可避免地需要被分散到越发广阔且孤立的区域,给它们充电也就显得愈发困难。科学家研究通过使用无人在飞行途中发射无线电波,并借助传感器上的专用天线接收电波信号,同时将其转换为电能,以实现广域充电续航,解决上述充电难题。

贝鲁特美国大学的约瑟夫·科斯坦丁(Joseph Costantine)和他的同事与意大利电子计算机和电信工程研究所的研究人员合作,正在探索一种使用射频波对传感器进行远程充电的方法(与无线上网传输能量的形式相同)。其中,面临的一个主要挑战是无线电波的发射源必须非常接近传感器,才可方便对其充分充电。

考虑到无人机能够快速飞掠每个传感器的这一特征,研究人员尝试使用它来实现上述目标。科斯坦丁解释到:“除可便捷接触传感器外,无人机还可以遵循优化的轨迹,以最大程度地将能量传递到相关传感器。他的团队已经开发了对应系统,来控制给在农业中使用的传感器充电,这一系统推动了传感器部署到之前难以到达的区域,有效拓展传感器的覆盖范围”。

上述所提出的方法的技术路径是,无人机将无线电频率发送到每个传感器,每个传感器都具有用于检测信号的天线,天线接收到信号后,会将信号传送到整流器,整流器进一步将信号转换为电能。这一方法可用于为传感器充电和激活它。

此外,无人机还可以瞄准特定的传感器。科斯坦丁说,“一旦将某个传感器地址编码进由无人机发送的调制信号中,该信号就可以选择性地触发特定传感器,以改变传感器的模式,诸如从睡眠模式转换为活动模式。该系统依靠纯粹的无源组件来实现充电,并依靠超低功耗来触发传感器的唤醒协议。”测试结果显示,无人机可以在-40 dBm的接收功率下从27.5米的距离启动传感器;充电则需要更近的距离,即需要至多1.2米距离和-18.2 dBm功率。目前,团队正在努力开发与负载无关的整流天线(天线和整流器),该整流天线可在各种负载和频率范围内保持高效率。

最后,科斯坦丁说:“这样的系统可以连接(或插入)到任何传感器以支持充电或唤醒。此外,我们还开展其他相关研究,诸如致力于通过克服Wi-Fi信号的间歇性以进一步优化其射频能量的采集。”

该项设计于3月23日发表在IEEE Sensors Letters上。

(欢迎转载,转载请标明引自“航空工业信息网”)

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