Пьезо-MEMS сборщики вибрационной энергии позволяют создать SmartMesh IP сеть беспроводных датчиков

Элементы питания BOLT Power Cells от компании MicroGen Systems, Inc, которые работают по принципу аккумулирования вибрационной энергии, позволяют создать сеть беспроводных датчиков (WSN), работающую в режиме реального времени, с использованием беспроводной платформы систем на кристалле с встроенной поддержкой сети (mote-on-chip) Linear Technology’s Dust Networks LTC5800-IPM SmartMesh IP, представленную на выставке Sensors Expo and Conference в Розмонте, Иллинойс, США.

Платформа систем на кристалле Linear создавалась при поддержке MicroGen пьезоэлектрических микроэлектромеханических систем (пьезо-MEMS), которые выступают в качестве сборщиков вибрационной энергии или с использованием технологии на основе микро электрогенераторов (MPG).

Сеть беспроводных датчиков Linear WSN состоит из четырех систем на кристалле и использует программное обеспечение WSN для эффективного управления энергией. Самопитаемые системы запускаются с помощью электронных встряхивателей, настраиваемых на типичный промышленный уровень вибрации величиной 120 Гц и ускорение уровня перегрузки 0,2 г (g = 9.8 м/с²). MicroGen разместила системы на кристалле, питаемые от вибрации, на стенде Linear и стенде X-FAB MEMs Foundry. Данные системы располагались упорядочено на расстоянии 20-30 метров от стенда MicroGen. Это одна из первых коммерческих беспроводных сетей датчиков на основе пьезо-MEMs.

Внутри элемента питания MicroGen’s BOLT Power Cell располагается небольшая полупроводниковая MEMs-микросхема, изготовленная с использованием тех же технологий, что и компьютерные микросхемы. Данная микросхема - это пьезо-MEMS микро электрогенератор размером около 1.0 см², который содержит одну балку с пьезоэлектрической тонкой пленкой. Поскольку балка сгибается вверх и вниз из-за внешней колебательной силы, она вырабатывает переменный электрический ток. При резонансе выходная мощность становится максимальной: ~100 микроватт при 120 Гц и ≥ 0.1 г, и ~900 микроватт при 600 Гц и ≥ 0.5 г.

Переменный электрический ток эффективно преобразуется в постоянный ток с помощью AC/DC преобразователя пьезоэлектрического аккумулирования энергии LTC3588-1 от компании Linear Technology. После этого энергия временно запасается на конденсаторе емкостью 300 микрофарад. Мощность элементов питания Power Cell варьируется от 25-500 микроватт при напряжении 3.3 вольт постоянного тока, в зависимости от конфигурации и частоты. Элементы питания BOLT Power Cell позволяют использовать беспроводные датчики от различных производителей.

Элементы питания BOLT Power Cell – это блок сменных батарей, который использует вибрационную энергию вместо химической энергии, вырабатываемой экологически неблагоприятными веществами. Цель их использования – устранить или увеличить срок службы первичных элементов или перезаряжаемых батарей в беспроводных промышленных и строительных применениях, где ручной труд на замену батарей слишком дорогой для установленных беспроводных систем. Элементы питания будут предлагаться при гармониках 50/60 Гц между 100-1500 Гц. Микро электрогенератор и элементы питания очень чувствительны к низким уровням перегрузки G. При уровнях перегрузки < 0.1-0.5 г (в зависимости от частоты) при специальной промышленной частоте, элементы питания позволяют прикрепить беспроводные датчики. В больших партиях цена микро электрогенератора и элементов питания составляет $0.50 и $1.00 за единицу соответственно.

Даташит (PDF)

Источник новости