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MIT研發無電池水下通信系統 可監測海洋溫度

儀表研發 2019年08月23日 09:37:55 來源:傳感器專家網人氣:11321
  【儀表網 儀表研發】目前,創建用于監視和傳輸數據的互聯傳感器在海底網絡面臨一個關鍵挑戰:如何為長時間保持在水下的眾多傳感器供電。
 
  據外媒報道,近日,麻省理工學院的研究人員開發出一種無電池水下通信系統,該系統使用接近零的功率來傳輸傳感器數據。科學家們設想該系統將用于監測海洋溫度以研究氣候變化,并追蹤長期的海洋生物。
 
水下通信系統使用無電池傳感器
 
  通信系統利用“壓電效應”在某些材料中的振動產生電荷而發生作用,該系統還依賴于“反向散射”,這是一種通常用于RFID標簽的通信技術,它通過將調制的無線信號反射回標簽并返回讀取器來傳輸數據。
 
  在操作中,發射器通過水將聲波發送到具有存儲數據的壓電傳感器上,當聲波擊中傳感器時,材料振動并存儲產生的電荷。然后,傳感器使用存儲的能量將聲波反射回接收器。以這種反射之間的交替方式對應傳輸數據中的比特。
 
  “一旦你有辦法發送1和0,你就可以發送任何信息,”研究人員表明,“基本上,我們可以根據我們正在收獲的能量傳入聲音的信號與水下傳感器進行通信。”
 
  研究人員在MIT池中演示了他們的壓電聲背散射系統,用它來收集水溫和壓力測量值。該系統能夠在傳感器和接收器10米之間的距離同時傳輸來自兩個傳感器的每秒3千字節的精確數據。
 
  研究人員從觀看“藍色星球”受到啟發,這是一部探索海洋生物各個方面的自然紀錄片系列,海洋覆蓋了地球表面約72%的面積。“我突然意識到海洋以及海洋動物如何進化和繁殖,物聯網(IoT)設備可以幫助這項研究。但在水下你不能使用Wi-Fi或藍牙信號......而且你不能把電池放在海洋上,因為這會引起污染問題。”
 
  研究人員將研究方向轉向壓電材料,壓電材料長期以來一直用于麥克風和其他設備上,它們響應振動并產生小電壓。但這種影響也是可逆的:施加電壓會導致材料變形,如果置于水下,該效應會產生穿過水的壓力波,一般,它們通常用于探測沉沒的船只、魚類和其他水下物體。   “
 
  這種可逆性使我們能夠開發出一種非常強大的水下反向散射通信技術,”Adib說。
 
  通信依賴于壓電諧振器響應應變而產生自然變形。該系統包括一個浸沒式節點、一個容納壓電諧振器的電路板、一個能量收集單元和一個微控制器。通過編程微控制器,可以將任何類型的傳感器集成到節點中。可將聲學投影儀(發射器)和水下聽音裝置(稱為水聽器(接收器))放置在一定距離之外。
 
  研究人員希望證明該系統可以在更遠的距離工作并同時與更多傳感器通信,他們還想看看系統是否可以傳輸聲音和低分辨圖像。
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