创新的无电池水下传感器利用声音进行长期海洋数据收集
剑桥麻省理工学院
为了研究海洋，研究人员的目标是建立一个由互连传感器组成的水下网络，将数据发送到水面。为数十个设计用于长时间在水下停留的传感器提供恒定电力一直是一个主要问题。
无电池水下压电传感器通过吸收声波或将声波反射回接收器来传输数据，其中反射波解码 1 位，吸收波解码 0 位，并同时存储能量。 （图片由研究人员提供）开发了一种无电池水下通信系统，使用接近零的功率来传输传感器数据。该系统可用于监测海水温度，以研究气候变化并长期跟踪海洋生物，甚至可以对遥远行星上的海水进行采样。
该系统利用了两个关键现象：某些材料振动产生电荷时产生的压电效应；反向散射是一种常用于 RFID 标签的通信技术，通过将调制的无线信号从标签反射回读取器来传输数据。
发射器通过水向已存储数据的压电传感器发送声波。当波撞击传感器时，材料会振动并存储由此产生的电荷。然后，传感器使用存储的能量将波反射回接收器，或者根本不反射波。以这种方式在反射之间交替对应于传输数据中的位。对于反射波，接收器解码为1；对于反射波，接收器解码为1；对于反射波，接收器解码为1。如果没有反射波，接收器解码为 0。建立传输 1 和 0 的方式允许发送任何信息。
该系统的核心是一个水下节点、一个装有压电谐振器、能量收集单元和微控制器的电路板。通过对微控制器进行编程，任何类型的传感器都可以集成到节点中。声波发射器（发射器）和水下听音装置（称为水听器）放置在一定距离处。
发射器和接收器必须有电源，但可以安装在更容易更换电池的船舶或浮标上，或连接到陆地上的插座。一台发射器和一台接收器可以从覆盖一个区域或多个区域的多个传感器收集信息。
应用包括海洋生物学、海洋学、气象学或其他需要长期、低人力水下传感的领域。该系统还可用于收集土星最大卫星土卫六最近发现的地下海洋的数据。 6 月，NASA 宣布“蜻蜓”号任务，将于 2026 年发射月球车探索月球，对水库和其他地点进行采样。
如需了解更多信息，请联系 Abby Abazorius：此电子邮件地址已受到垃圾邮件机器人保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它。 617-253-2709。
传感器