【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】目前，創(chuàng)建用于監(jiān)視和傳輸數(shù)據(jù)的互聯(lián)傳感器在海底網(wǎng)絡(luò)面臨一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：如何為長時(shí)間保持在水下的眾多傳感器供電。
據(jù)外媒報(bào)道，近日，麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種無電池水下通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用接近零的功率來傳輸傳感器數(shù)據(jù)?？茖W(xué)家們設(shè)想該系統(tǒng)將用于監(jiān)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(tǒng)使用無電池傳感器
通信系統(tǒng)利用“壓電效應(yīng)”在某些材料中的振動(dòng)產(chǎn)生電荷而發(fā)生作用，該系統(tǒng)還依賴于“反向散射”，這是一種通常用于RFID標(biāo)簽的通信技術(shù)，它通過將調(diào)制的無線信號(hào)反射回標(biāo)簽并返回讀取器來傳輸數(shù)據(jù)。
在操作中，發(fā)射器通過水將聲波發(fā)送到具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的壓電傳感器上，當(dāng)聲波擊中傳感器時(shí)，材料振動(dòng)并存儲(chǔ)產(chǎn)生的電荷。然后，傳感器使用存儲(chǔ)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(yīng)傳輸數(shù)據(jù)中的比特。
“一旦你有辦法發(fā)送1和0，你就可以發(fā)送任何信息，”研究人員表明，“基本上，我們可以根據(jù)我們正在收獲的能量傳入聲音的信號(hào)與水下傳感器進(jìn)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(tǒng)，用它來收集水溫和壓力測量值。該系統(tǒng)能夠在傳感器和接收器10米之間的距離同時(shí)傳輸來自兩個(gè)傳感器的每秒3千字節(jié)的數(shù)據(jù)。
研究人員從觀看“藍(lán)色星球”受到啟發(fā)，這是一部探索海洋生物各個(gè)方面的自然紀(jì)錄片系列，海洋覆蓋了地球表面約72%的面積。“我突然意識(shí)到海洋以及海洋動(dòng)物如何進(jìn)化和繁殖，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備可以幫助這項(xiàng)研究。但在水下你不能使用Wi-Fi或藍(lán)牙信號(hào)......而且你不能把電池放在海洋上，因?yàn)檫@會(huì)引起污染問題。”
研究人員將研究方向轉(zhuǎn)向壓電材料，壓電材料長期以來一直用于麥克風(fēng)和其他設(shè)備上，它們響應(yīng)振動(dòng)并產(chǎn)生小電壓。但這種影響也是可逆的：施加電壓會(huì)導(dǎo)致材料變形，如果置于水下，該效應(yīng)會(huì)產(chǎn)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(fā)出一種非常強(qiáng)大的水下反向散射通信技術(shù)，”Adib說。
通信依賴于壓電諧振器響應(yīng)應(yīng)變而產(chǎn)生自然變形。該系統(tǒng)包括一個(gè)浸沒式節(jié)點(diǎn)、一個(gè)容納壓電諧振器的電路板、一個(gè)能量收集單元和一個(gè)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(jié)點(diǎn)中?？蓪⒙晫W(xué)投影儀(發(fā)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(tǒng)可以在更遠(yuǎn)的距離工作并同時(shí)與更多傳感器通信，他們還想看看系統(tǒng)是否可以傳輸聲音和低分辨圖像。
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