En sensor som varken behöver batterier eller strömkabel kan vara användbar på svåråtkomliga platser. En sådan sensor skulle bland annat kunna användas för att övervaka prestanda och effektivitet hos maskiner. Förslagsvis inuti en fartygsmotor.
Runt en strömförd kabel bildas ett magnetfält där de magnetiska fältlinjerna går i koncentriska cirklar. Styrkan hos magnetfältet minskar sedan med avståndet från kabeln. Det är det här fenomenet som forskarna temperatursensor utnyttjar.
Sensorerna kan också använda solen eller vibrationer
Arbetet presenterades i en artikel i tidskriften IEEE Sensors Journal. Där beskriver forskarna ett ramverk för att ta fram sensorer som använder energi från sin omgivning för att göra sitt jobb.
Utöver sensorer som kan använda sig av de magnetiska fälten runt elektriska ledare kan också andra energikällor användas. Till exempel vibrationer eller solljus.
Annons
– Vi har gett ett exempel på en batterilös sensor som gör något användbart och visat att det är en praktiskt realiserbar lösning. Nu kommer andra förhoppningsvis att använda vårt ramverk för att få bollen i rullning och utforma sina egna sensorer, säger studiens huvudförfattare Daniel Monagle, masterstudent vid institutionen för elektroteknik och datavetenskap på MIT, i ett pressmeddelande.
En guide för hur sensorerna ska tas fram.IIIE Sensor Journal
Kondensatorer istället för batterier
Forskarna ställde upp ett antal krav under arbetet. Det första är att en sensor ska kunna starta utan att behöva tillföras någon initial spänning. Det görs via ett nätverk av integrerade kretsar och transistorer som låter systemet lagra energi tills ett visst tröskelvärde nåtts. Sensorn slås alltså bara på när det lagrats tillräckligt med energi för att den ska fungera helt.
De vill också att en sensor ska kunna lagra och omvandla den skördade energin effektivt och utan batteri. Anledningen är att ett batteri hade gjort systemet mer komplext, och också kunnat utgöra en brandrisk vilket motverkar syftet om sensorerna ska placeras på svåråtkomliga platser.
I stället för batterier blev det en serie av kondensatorer. En kondensator kan lagra elektrisk laddning mellan två ledande plattor. Kondensatorer kan också tillverkas av olika sorters material och anpassas efter olika driftförhållanden.
För att ha koll på hur mycket energi som lagras och avgöra om sensorn kan slås på eller om den behöver stängas av utvecklade forskarna flera kontrollalgoritmer. Sensorn ska sedan styras av en mikrokontroller.
Utifrån sitt eget ramverk tog forskarna sedan alltså fram en temperatursensor som utnyttjar magnetfältet runt elektriska ledare. Sensorn samlar kontinuerligt in temperaturdata som kan skickas till en smartphone via bluetooth.
