射频无线电源释放传感器网络的无处不在

我们正处于 AI（人工智能）爆炸的时代。一切——从你的冰箱到你的狗碗——都将成为人工智能神经元网络的一部分。人工智能市场的全球收入（包括软件、硬件和服务）预计将在 2021 年同比增长 16.4% 至 3275 亿美元，到 2024 年，该市场预计将突破 5000 亿美元大关。

虽然这些数字令人印象深刻，但人工智能只有在能够从大量不同来源获得源源不断的数据流时才能发挥其全部潜力。为了以能够实现高价值 AI 输出的速率收集数据，您需要一个无处不在的传感器网络。传感器是激发 AI 突触的神经元。这些协同作用对于输出的频率和质量至关重要。

在过去的几年里，传感器已经开始成为物联网的框架。到 2022 年，运动传感器预计将占全球物联网传感器市场的 8.35%。到 2022 年，启用传感器市场产生的总收入预计将达到 560 亿美元。

传感器网络需要继续扩展，才能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扩展因需要接入电源而受到布局限制的限制。那么我们怎样才能“让灯亮着，神经元不停地放电呢？”

从历史上看，传感器由电线和/或电池供电。但是，这两种选择都有局限性。电线的运行成本可能很高，而且通常会受到限制——电缆长度受到限制，并且可能存在断裂点。电池寿命有限；它们需要定期更换，用完后就扔掉。简而言之，它们对于所需的时间周期是不可靠的；它们是重复性成本，而且在环境上不可持续。

传统权力的替代品

电线和电池的替代品是能量收集（捕获可用能量）。或无线充电（产生能量以无线方式为设备供电），这是从可预测的外部能源中获取能量、捕获并存储用于包括小型无线自主设备（如无线传感器网络中使用的设备）在内的应用的过程。

无线充电的方式有很多种，我们简单介绍一下：

• 振动 是将振动能转换为电能的概念。这种方法只适用于有振动的机械。

• 紫外线/红外线 能量必须在发射器和接收器之间有直接的视线才能正常工作，任何障碍物都会导致没有电力到达接收器。

• 气 是感应充电并提供瓦特功率，但仅适用于发射器和接收器相距几毫米的应用；设备对齐非常严格。

• 太阳能和风能， 在大多数情况下，必须在户外，因此建造成本可能很高，而且其功能也可能会受到一些限制。

• 无线电频率 (RF) 不需要直接视线，可以将功率输送到防水外壳中，功率低（μW 到 mW），并且比前面提到的工艺更通用。

无线传感器网络

RF 无线电力技术是独一无二的，因为它使用射频电磁波而不是磁场来为设备充电。射频发射器使用电子设备产生射频信号。射频信号被发送到天线，天线将射频波传输到嵌入设备中的接收器，该接收器使用天线接收它们。然后使用嵌入式芯片将它们转换为可用的直流电。这为设备供电或为电池充电。可以使用著名的弗里斯方程在远场中描述射频无线电力的传输。该方程向我们展示了发射功率、天线类型和射频信号频率如何影响不同距离的接收功率。

RF无线电源可以作为一个充电点来实现，可以同时为多个设备供电；作为射频波束，可以直接发送到距离发射器几米远的特定设备；或作为发射器正前方的聚焦点。因为它是一个双面系统（发送和接收），所以可以为大多数应用设计解决方案。 RF 无线电力的一大优势是它可以在各种不同的环境和配置中实施，例如酒店、办公大楼和校园等大型设施。大多数情况下，酒店、办公大楼或校园的空置区域不需要开灯或温度系统即可在稳定状态下运行。改变这些条件的能力（在某些无人居住的房间里不开灯，不让空调或供暖系统启动或减少运行频率）可以创建环保设施，增强用户体验并显着节省成本。

通常，由于实施的复杂性，传感器网络仅在设计建筑物时或在大规模改造工作期间才集成。然而，使用 RF 无线电力的无线传感器网络 (WSN) 使实施变得更加容易。无需走线，无需考虑电池问题。 WSN 支持不受限制、空间分散的专用传感器，用于监测和报告环境的物理状况，并在一个集中位置组织收集的数据。

今天，WSNs 仍然主要依赖电池供电，如前所述，这并不完全可靠或可取。但是，引入 WSN 技术的“切断电源线”的心态允许感应发生在视线之外和难以到达的地方。通过在安装后消除人工交互，集成能量收集使 WSN 的多功能性更进一步，这样这些系统就可以可靠地连续运行而无需维护。此外，虽然能量收集确实增加了初始前期成本，但通过更好的控制获得的经济投资回报率很快，并且免于未来维护（电池更换）和处置具有复合效应。

除了环境监测和控制之外，该技术的其他应用方式包括无电池个人温度扫描系统，旨在帮助 COVID-19 协议，在危险材料室或存储容器中进行无电池感应，甚至使用现有的 RFID 设备跟踪疫苗温度——这是大多数医疗环境中的常见做法。

对无线传感器网络的需求

随着对人工智能的需求增加，对无线传感器网络的需求也会增加。研究项目表明，全球无线传感器网络市场预计将在预测期内以超过 14% 的 CAGR（复合年增长率）增长。到 2022 年，它的规模可能会激增至 15 亿美元。WSN 的好处有很多：它们灵活且适应性强，可扩展，可以随时容纳新设备，并且由于没有布线成本，因此有助于节省成本。

从零售到仓库、制造设施等所有业务领域都将看到对 WSN 的需求。甚至公共场所也在交通信号灯、公共汽车站、高速公路、人行横道等处使用 WSN。办公楼正在使用 WSN 监控员工的位置以及资产跟踪，以查看笔记本电脑在建筑物内的位置。从智能恒温器、锁、百叶窗、灯和插头，如今似乎一切都已连接，随着我们看到更多智能设备的出现，我们将看到对 WSN 的更大查询。它们将成为未来智慧城市的支柱。

射频无线电源

虽然无线功率有多种选择，但射频是室内和室外环境中最可靠和可扩展的无线功率传输形式之一。一般来说，无线电力比能量收集更可靠，因为它是可识别和可预测的。射频无线充电技术也很容易集成，因为它不受移动或精确放置的限制，可以容纳感应无法使用的设备。

无线电力是未来的使能技术。它将使我们能够灵活地部署 WSN，从而使我们的明天更智能、更安全、更环保和更好。

本文由 Powercast（宾夕法尼亚州匹兹堡）首席执行官 Charlie Goetz 撰写。欲了解更多信息，请联系 Mr. Goetz，该电子邮件地址已收到反垃圾邮件插件保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它。或访问这里 .