Миниатюризация электронных устройств привела к появлению технологии беспроводных сенсорных сетей, представляющих собой множество датчиков, собирающих, обрабатывающих информацию и обменивающихся ей между собой. Такая распределенная самоорганизующаяся система может оказаться чрезвычайно эффективной для контроля рабочего состояния механизмов, экологического мониторинга и систем безопасности, в том числе и в деле предотвращения террористических угроз.

Развитие беспроводных сенсорных сетей в первую очередь ограничивается проблемой энергопитания, особенно остро этот вопрос стоит в том случае, когда датчики внедрены внутрь исследуемых объектов (например, при измерении давления в шинах движущихся машин) и не могут быть подключены к электросети. Наиболее распространенным решением этой проблемы является использование электрохимических батарей, однако источники питания пока не впечатляют прогрессом по части миниатюризации, емкости и экологической безопасности. Поскольку многие беспроводные сенсорные сети рассчитаны на годы работы, необходимы какие-то иные решения.

Получение энергии из окружающей среды является наиболее привлекательным выходом из положения. Это могут быть системы, накапливающие энергию механических, температурных или электромагнитных колебаний, но поток энергии, поступающий от естественных источников, мал – меньше 1 мкВт/см² (речь здесь не идет о световом излучении, поскольку, как уже говорилось ранее, датчики могут быть изолированными от естественного света). Поэтому в случае сенсорных сетей часто необходим специальный источник переменного поля, мощности которого достаточно для беспроводного питания множества удаленных датчиков.

Рис. 1. Магнитоэлектрический преобразователь на основе пьезоэлектрического и магнитострикционного материалов, расположенных на подложке из сужающейся металлической пластины (волноводного акустического концентратора)..FONT>

Недавно китайские ученые разработали магнитоэлектрическое устройство, способное длительное время (более 10 мин) накапливать энергию от переменного магнитного поля, преобразовывать ее в энергию батареи конденсаторов, а затем освобождать в виде электрического импульса длительностью порядка 1 c. Источником излучения является спрятанный под землю вместе с антенной генератор, создающий в месте расположения датчиков переменное магнитное поле с амплитудой около 1 Э и частотой 30 кГц. Преобразование энергии магнитного поля в электростатическую энергию заряженных конденсаторов осуществляется с помощью магнитоэлектрического элемента, состоящего из слоев магнитострикционного и пьезоэлектрических материалов, расположенных на общей металлической подложке, имеющей форму сужающейся к одному концу пластины (рис. 1). Переменное магнитное поле вызывает периодическую деформацию магнитострикционной пластины на резонансной частоте. Эти механические колебания передаются подложке и распространяются по ней, так что при подходе к узкому концу возрастает концентрация акустической энергии и амплитуда колебаний. Колебания подложки передаются пластинкам пьезоэлектрика, и в них возникает переменное электрическое напряжение. Данная конструкция является разновидностью магнитоэлектрического композиционного материала, однако, при помощи акустического концентратора удается получить выигрыш в два раза по сравнению с величиной магнитоэлектрического коэффициента для традиционной многослойной структуры из скрепленных магнитных и электрических слоев. Магнитоэлектрический преобразователь, предложенный китайскими учеными, может питать сенсор, передающий информацию на расстояние 60-100 м со скоростью 250 кбит/с.

Источник информации - заметка А.Пятакова в бюллетене ПерсТ, выпуск 7 за 2010 г.