我们正处在一个人工智能(AI)爆炸的时代。所有的东西——从冰箱到狗的碗——都将成为人工智能神经元网络的一部分。2021年,包括软件、硬件和服务在内的人工智能市场的全球收入预计将同比增长16.4%,达到3275亿美元,到2024年,该市场有望突破5000亿美元大关。

虽然这些数据令人印象深刻,但人工智能只有在能够获得来自大量不同来源的持续数据流时,才能充分发挥其潜力。为了以能够实现高价值AI输出的速度收集数据,你需要一个无处不在的传感器网络。传感器是触发人工智能突触的神经元。这些协同作用对产出的频率和质量至关重要。

在过去的几年里,传感器已经开始将他们的标记作为IOT的框架。在2022年,预计运动传感器将占全球IOT的传感器市场的8.35%。启用传感器市场产生的总收入估计为2022年达到560亿美元。

传感器网络需要继续扩展,以便能够真正支持高价值人工智能的采用和实现。然而,传感器网络的可扩展由于需要访问电源的位置限制而受到抑制。那么,我们如何“保持灯光亮着,神经元放电?”

过去,传感器是由电线和/或电池供电。然而,这两种选择都有局限性。电线可能是昂贵的运行和限制-电缆长度的限制和潜在的断裂点。电池寿命有限;它们需要定期更换,使用后就扔掉。简而言之,它们对于所需的时间周期是不可靠的;它们是一种重复的成本,而且在环境上是不可持续的。

传统力量的替代品

电线和电池的替代是能量收集(捕获可用能量)。或无线充电(产生能量以无线电动设备),这是能量从可预测的外部能源,捕获的过程中获取的过程,并为包括在无线传感器网络中使用的小无线自主设备的应用程序。

无线充电的方法有很多种,下面我们简单介绍一下:

  • 振动是将振动能转化为电能的概念。这种方法只适用于振动的机械。

  • 紫外/红外能量必须在发射器和接收器之间具有直接视线,因为它可以正常工作,任何障碍物都不会导致到达接收器的任何电力。

  • 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。

  • 太阳风,在大多数情况下,必须在户外,因此可以昂贵地构建,并且在其能力中也可以有点限制。

  • 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

RF无线电源技术是独一无二的,因为它使用射频电磁波而不是磁场充电设备。RF发射器使用电子器件来生成RF信号。RF信号被发送到天线,该天线将RF波发送到嵌入在设备内的接收器,该接收器使用天线拾取它们。然后使用嵌入式芯片将它们转换为可用的DC。这为器件提供给设备或为电池充电。使用众所周知的Friis方程,可以在远场中描述RF无线电力的传输。该等式示出了透射功率,天线类型和RF信号的频率如何影响不同距离的接收功率。

图2。PowerSpot发射机。(由Powercast)

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,由于实现的复杂性,传感器网络仅在建筑物设计时或在大规模的重复工作中集成。然而,使用RF无线电力的无线传感器网络(WSN)使实现更容易。无需运行电线,无需考虑电池问题。WSN使得不受限制,空间分散和专用传感器能够监视和报告环境的物理条件,并在集中位置组织收集的数据。

如今,WSN仍然主要依赖于电池电量,如上所述,并不完全可靠或更优选。但是,介绍了WSN Tech的“切割绳索”的心态,允许感测到视线和难以到达的地方进行。整合能量收集通过在安装后去除人类的相互作用来实现WSN多功能性,使得这些系统可以连续地运行,而无需维护。此外,虽然能量收集确实增加了初始前期成本,但是从更大的控制中的经济投资回报率迅速,并且来自未来维护的自由(电池更换)和处置具有复合效果。

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。无电池RFID温度扫描仪。(由Powercast)

网络需求

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。

在所有商业领域都可以看到对WSN的需求 - 从零售到仓库,制造设施及以后。即使是公共空间也正在使用WSN在红绿灯,巴士站,高速公路,人行横道等中。Office Buildings正在使用WSN来监控员工的位置以及资产跟踪,以查看笔记本电脑位于建筑物内的位置。从智能恒温器,锁,百叶窗,灯和插头,似乎所有这些日子都连接,当我们看到更多智能设备时,我们会看到WSN的更大查询。他们将成为明天智能城市的骨干。

射频无线电力

虽然有几种无线电源的选择,但射频是室内和室外环境中最可靠和可扩展的无线电源传输形式之一。一般来说,无线电源比能量收集更可靠,因为它是可识别和可预测的。它也很容易集成射频无线充电技术,因为它不受移动或精确位置的限制,允许它容纳感应不能容纳的设备。

无线电源是未来的技术。它将赋予我们部署无线传感器网络的灵活性,使我们能够使明天更智能、更安全、更环保和更好。

本文由Powercast(匹兹堡,PA)的首席执行官查理·戈茨(Charlie Goetz)撰写。欲了解更多信息,请与Goetz先生联系此电子邮件地址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

本文首先出现在6月份,2021年问题传感器技术杂志。

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