无源传感为物联网带来灵活的传感配置

Robot Vision 2024-01-29 3076

电子发烧友网报道（文/李宁远）全球的传感器市场在持续的技术工艺革新、需求升级中呈现出了快速增长的趋势。尤其当下物联网概念火热，物联网和传感器深度绑定，物联网应用需要大量的传感器来收集各类环境信息。

对于有线的连接或者采用电池供电的传感器来说，很少遇到断电的情况。而很多物联网的传感器部署范围广，距离远，这些场景不可能用有线连接或是电池供电，那对于需长期监测、电池又不易更换或者无法长距离有线连接的应用使用传感器就成了难题。

无源传感，转换型能量利用

对传感器进行分类，可以分为有源传感和无源传感，无源传感器也称为能量转换型传感器，最明显的特征就是它不需要外部电源，即不需要使用外接电源的传感器且可以通过外部获取到能源的感应传感器。

不需要外部电源的传感器，一般围绕振动，应变，温度和光来做文章，比较有代表性的就是利用热电效应、光电效应、压阻效应的这些传感器。在传感器节点上，压电式和电磁式收集振动能量，热电式收集的是温差能量，传感器利用这些效应完成能量的转换用以支持自身的工作。

振动能量属于动能，是广泛存在于环境中且很容易获得的能量之一，利用一个与周围环境振动主频率发生谐振的质量块收集振动能量，比如压电力传感器。利用收集能量的膜片，配合其他电气元件和机械元件通过振动式的韵律把待测的压力转换成为电量，进而完成相关测量工作。

太阳光和电磁波这一类都属于辐射能，光电转换现在已经比较成熟，转换后的电流电压也相对稳定，其应用很常见，而且具有反应快、非接触等优点。

电磁波典型的应用是为人熟知的RFID，无源RFID标签通过RFID读取设备传输的电磁能实现供电。当读取设备扫描无源RFID标签时，会向标签传输能量，从而使芯片和天线获得足够的电力，将信息传回读取设备。

热能也能量转换型传感会使用的一类能量，因为需要尽可能大的温差来实现能量转换，通常的环境下巨大的温差不太容易出现，所以这种转换要尽可能产生更高功率，比如热电偶的应用。

能量采集无源传感拓展更多应用

上面常见的环境能量转换型通常都会面临转换的电量微弱难题，所以现在很多这类传感会配置能量收集IC为传感器收集到的能源提供高效率转换。

一般来说，能量采集IC要能在μW到mW范围内对采集到的能量进行高效转换，同时自身的工作损耗要足够低才能支持电能自足的节点。

同时，无线能量采集技术现在也正在不断突破。无线能量采集也叫无线取电，即传感器通过NFC从接口获取能量。这种能量采集，让传感器不需要外部电源，接口在工作时通过NFC从传入的射频辐射功率传感器接口和射频传输获取能量。

虽然目前取电功率在很多场景里还不足以支持传感器完全摆脱电源的限制，但是在一些小功率场景中技术验证完全没问题。随着技术进一步发展，未来在物联网传感器应用上空间还是很大的。

未来还能够通过不同能量收集方式的融合，进一步增强传感器获取能源的能力，提高能量转换的效率和功率。

小结

物联网应用铺开，肯定会面临很多电能供给问题，无源传感给未来多样的传感配置提供了很好的解决方案。随着技术的进步，各种功能各种取能手段的无源传感器在物联网时代会在很多应用里大显身手。

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