【導(dǎo)讀】建立工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 傳感器網(wǎng)絡(luò)需要附加成本，其中 60% 以上的成本與布線和安裝有關(guān)。雖然無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸有助于消除一些布線，但通過添加無(wú)線電力傳輸技術(shù)可以避免更多布線。初創(chuàng)公司 TransferFi 正在為 50 米（約 165 英尺）距離的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)新的無(wú)線充電解決方案。
建立工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 傳感器網(wǎng)絡(luò)需要附加成本，其中 60% 以上的成本與布線和安裝有關(guān)。雖然無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸有助于消除一些布線，但通過添加無(wú)線電力傳輸技術(shù)可以避免更多布線。初創(chuàng)公司 TransferFi 正在為 50 米（約 165 英尺）距離的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)新的無(wú)線充電解決方案。
無(wú)線技術(shù)眾所周知，但發(fā)射器的設(shè)計(jì)、發(fā)射器的位置、化效率的可能性以及驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的行為代表著復(fù)雜的挑戰(zhàn)，需要使用復(fù)雜的工程解決方案。不可避免的布線成本不僅增加了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè) 4.0 的障礙，也增加了智能電網(wǎng)和智慧城市的障礙。大規(guī)模傳感器安裝需要復(fù)雜的布線基礎(chǔ)設(shè)施，成本高昂且安裝時(shí)間較長(zhǎng)。
TransferFi 開發(fā)了 TFi Turin-1 無(wú)線電源網(wǎng)絡(luò) (WPN) 平臺(tái)，該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)可靠的實(shí)施，以有限的循環(huán)時(shí)間替代電源線或電池。
TransferFi 聯(lián)合創(chuàng)始人兼執(zhí)行官 Aashish Mehta 表示：“我們的 TFi WPN IIoT 系統(tǒng)級(jí)架構(gòu)專為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，這些應(yīng)用確實(shí)需要容納多個(gè)目標(biāo)的遠(yuǎn)程無(wú)線充電網(wǎng)絡(luò)。” “我們使用射頻，因?yàn)樗m合遠(yuǎn)場(chǎng)/長(zhǎng)距離應(yīng)用。所有這一切都可以通過 Turin 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，因?yàn)樗梢宰詣?dòng)化遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)線充電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際使用和部署。”
無(wú)線功率傳輸
無(wú)線功率傳輸 (WPT) 技術(shù)分為兩大類：近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。它們各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
近場(chǎng)非輻射技術(shù)適合通過線圈之間的電感耦合磁場(chǎng)或通過金屬電極之間的電容耦合電場(chǎng)短距離傳輸能量。電感耦合是當(dāng)今使用廣泛的無(wú)線技術(shù)。
遠(yuǎn)場(chǎng)輻射場(chǎng)技術(shù)（也稱為功率發(fā)射）包括通過電磁輻射（例如微波或激光束）傳輸功率。這些技術(shù)可以將能量傳輸?shù)礁h(yuǎn)的距離，但必須針對(duì)接收器。波束形成技術(shù)用于改善波束的聚焦。
通過專用射頻 (RF) 傳輸?shù)?WPT 在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中越來(lái)越受歡迎。波束成形是 WPT 技術(shù)的圣杯，因?yàn)樗梢韵蚪邮掌鱾魉透叩男盘?hào)質(zhì)量，而無(wú)需增加傳輸功率。為了獲得足夠的波束，發(fā)射機(jī)必須配備大量天線，用于自適應(yīng)波束形成并控制波束能量聚焦的方向。
無(wú)線電源傳輸框圖（圖片TransferFi）
TFi Turin 1
TransferFi 創(chuàng)建了一個(gè)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，可根據(jù)接收器目標(biāo)的位置和應(yīng)用負(fù)載優(yōu)化定位、分時(shí)和信號(hào)。
當(dāng)前平臺(tái)由 TFi 網(wǎng)關(guān)和帶有各種傳感器的 TFi Sense 單元組成。TFi 網(wǎng)關(guān)使用遠(yuǎn)場(chǎng)射頻無(wú)線功率傳輸來(lái)為 TFi Sense 設(shè)備供電并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，范圍遠(yuǎn)可達(dá) 50 米。
“我們創(chuàng)建了波束成形和信號(hào)優(yōu)化算法，將波束聚焦到目標(biāo)設(shè)備，”梅塔說。“我們研究了整體系統(tǒng)級(jí)架構(gòu)，并使用優(yōu)化傳輸和接收端的算法。我們的主要集中在以下領(lǐng)域：優(yōu)化以獲得更好的射頻到直流轉(zhuǎn)換和的波束形成角度；使用TFi一鍵校準(zhǔn)和分時(shí)軟件縮短部署時(shí)間；并通過 16 通道 TFi 網(wǎng)關(guān)增強(qiáng)光束聚焦。”
波束成形是將無(wú)線信號(hào)引導(dǎo)至特定接收設(shè)備而不是向其他方向傳播信號(hào)的過程。與避免使用波束成形技術(shù)相比，由此產(chǎn)生的更直接的連接更快、更可靠。近年來(lái)，由于 5G 的普及，波束成形技術(shù)不斷發(fā)展。
實(shí)現(xiàn)此目的的一種技術(shù)涉及使用多個(gè)靠近的天線，所有天線在略有不同的時(shí)間傳輸相同的信號(hào)。重疊的波會(huì)產(chǎn)生干擾，這些干擾在某些區(qū)域是建設(shè)性的（使信號(hào)更強(qiáng)），而在其他區(qū)域是破壞性的（使信號(hào)變?nèi)趸驘o(wú)法檢測(cè)到）。如果操作正確，該波束形成過程可以將信號(hào)引導(dǎo)至您想要的位置。
波束成形可提高效率（圖片TransferFi）
當(dāng)前用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的 TFi 系統(tǒng)（圖片：TransferFi）
該技術(shù)不僅聚焦光束比向各個(gè)方向發(fā)射光束更有效，而且還可以減少那些試圖攔截其他信號(hào)的人所受到的干擾。限制可能在于執(zhí)行復(fù)雜計(jì)算任務(wù)以實(shí)現(xiàn)效率的計(jì)算資源。但硬件和軟件資源的不斷改進(jìn)可以彌補(bǔ)這些限制。
“總的來(lái)說，Turin 平臺(tái)的設(shè)計(jì)與硬件和應(yīng)用程序無(wú)關(guān)，因此它可以用于任何具有合適類型硬件的應(yīng)用程序，”Mehta 說。“當(dāng)前發(fā)布的產(chǎn)品 TFi WPN IIoT 面向狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能樓宇自動(dòng)化和環(huán)境傳感熱圖（用于服務(wù)器機(jī)房和冷藏室）。我們正在與工業(yè)自動(dòng)化、半導(dǎo)體、物流和汽車領(lǐng)域的跨國(guó)公司合作。”
工業(yè) 4.0、智能建筑和智能電網(wǎng)等未來(lái)工業(yè)概念需要大規(guī)模傳感器部署，這需要復(fù)雜的布線基礎(chǔ)設(shè)施，部署時(shí)間長(zhǎng)，并且會(huì)因昂貴的停機(jī)時(shí)間而損害業(yè)務(wù)。在當(dāng)前的有線傳感器部署中，大部分部署時(shí)間都浪費(fèi)在安裝和布線上，這消耗了傳感器總體部署預(yù)算的 60% 以上。TFi WPN 平臺(tái)提供非侵入式傳感器部署，降低了布線基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜性。
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