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MIT研发无电池水下通信系统 可监测海洋温度

仪表研发 2019年08月23日 09:37:55 来源:传感器专家网人气:10732
  【仪表网 仪表研发】目前,创建用于监视和传输数据的互联传感器在海底网络面临一个关键挑战:如何为长时间保持在水下的众多传感器供电。
 
  据外媒报道,近日,麻省理工学院的研究人员开发出一种无电池水下通信系统,该系统使用接近零的功率来传输传感器数据。科学家们设想该系统将用于监测海洋温度以研究气候变化,并追踪长期的海洋生物。
 
水下通信系统使用无电池传感器
 
  通信系统利用“压电效应”在某些材料中的振动产生电荷而发生作用,该系统还依赖于“反向散射”,这是一种通常用于RFID标签的通信技术,它通过将调制的无线信号反射回标签并返回读取器来传输数据。
 
  在操作中,发射器通过水将声波发送到具有存储数据的压电传感器上,当声波击中传感器时,材料振动并存储产生的电荷。然后,传感器使用存储的能量将声波反射回接收器。以这种反射之间的交替方式对应传输数据中的比特。
 
  “一旦你有办法发送1和0,你就可以发送任何信息,”研究人员表明,“基本上,我们可以根据我们正在收获的能量传入声音的信号与水下传感器进行通信。”
 
  研究人员在MIT池中演示了他们的压电声背散射系统,用它来收集水温和压力测量值。该系统能够在传感器和接收器10米之间的距离同时传输来自两个传感器的每秒3千字节的精确数据。
 
  研究人员从观看“蓝色星球”受到启发,这是一部探索海洋生物各个方面的自然纪录片系列,海洋覆盖了地球表面约72%的面积。“我突然意识到海洋以及海洋动物如何进化和繁殖,物联网(IoT)设备可以帮助这项研究。但在水下你不能使用Wi-Fi或蓝牙信号......而且你不能把电池放在海洋上,因为这会引起污染问题。”
 
  研究人员将研究方向转向压电材料,压电材料长期以来一直用于麦克风和其他设备上,它们响应振动并产生小电压。但这种影响也是可逆的:施加电压会导致材料变形,如果置于水下,该效应会产生穿过水的压力波,一般,它们通常用于探测沉没的船只、鱼类和其他水下物体。   “
 
  这种可逆性使我们能够开发出一种非常强大的水下反向散射通信技术,”Adib说。
 
  通信依赖于压电谐振器响应应变而产生自然变形。该系统包括一个浸没式节点、一个容纳压电谐振器的电路板、一个能量收集单元和一个微控制器。通过编程微控制器,可以将任何类型的传感器集成到节点中。可将声学投影仪(发射器)和水下听音装置(称为水听器(接收器))放置在一定距离之外。
 
  研究人员希望证明该系统可以在更远的距离工作并同时与更多传感器通信,他们还想看看系统是否可以传输声音和低分辨图像。
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