Budou bezdrátové senzory bez baterií?
Klíčovou otázkou pro senzory provozované bez připojení k rozvodu napájecího napětí a komunikující prostřednictvím elektromagnetického pole, pro něž se vžil název bezdrátové, je dodávka potřebné elektrické energie. Přestože běžným řešením je zatím použití vestavěné baterie, jsou intenzivně hledány i jiné možnosti.
Příkladem může být firma Perpetuum, sídlící ve Velké Británi, která vyvíjí metody konverze energie umožňující provozovat bezdrátové senzory bez napájecích baterií. Firmu Perpetuum je přitom třeba odlišovat od stejně nazvaného evropského časopisu pro oblast bezdrátových senzorů.
Časopis Perpetuum vydává společnost EnOcean, která v rámci svého hlavního zaměření na různé techniky bezdrátového snímání shodou okolností vyrábí spínače a senzory pro oblast automatizace technického vybavení budov čerpající napájecí energii bezprostředně z daného pracovního procesu. Společnost EnOcean (vydavatel časopisu Perpetuum) je činná již několik let a uvádí, že nainstalovala stovky tisíc zařízení typu dálkových ovladačů, a to zejména v budovách.
Naproti tomu firma Perpetuum je podnik nepoměrně mladší, založený za účasti rizikového kapitálu na začátku roku 2006 a věnující se bezdrátovému sledování stavu elektromotorů. Její produkty již mají za sebou první provozní zkoušky u dodavatelů i uživatelů systémů pro sledování stavu průmyslových zařízení, např. firem Prüftechnik a RLW (pro námořnictvo USA), Yorkshire Waterworks a u nejmenované významné ropné společnosti.
Systémy pro sledování stavu zařízení on-line „po drátech“ se v praxi příliš neujaly. Lze tedy snadno pochopit, že se tato úloha stala cílovou oblastí pro sítě bezdrátových senzorů (Wireless Sensor Network – WSN): do kategorie sledování stavu zařízení patřily jak prvotní práce společnosti Intel v oblasti výroby polovodičů, tak i často zmiňovaná síť bezdrátových senzorů instalovaná firmou British Petroleum na lodi Loc Rannoch.
Naladěno na elektromotory
Přístroj vyvinutý firmou Perpetuum je vibracemi poháněný mikrogenerátor spojený s obvodem pro konverzi takto získávané energie a s kondenzátorem pro její ukládání. Zdroje elektrické energie tohoto typu jsou sice známé, avšak dosud jen z výzkumných laboratoří. Konstrukce od firmy Perpetuum je nová a zvlášť příhodná tím, že je nejvýkonnější při frekvenci budicích vibrací okolo 100 Hz, tj. dvojnásobku 50 Hz jako světově nejrozšířenější frekvence elektrorozvodných sítí střídavého napětí. Dosavadní známé přístroje byly určeny k využití širokého frekvenčního pásma vibrací a k dosažení optimálního výkonu na nich bylo třeba patřičně nastavovat mnoho „ladicích“ parametrů. Na zařízení od firmy Perpetuum se nastavuje pouze jediný parametr, a to šíře pásma: velká pro malý a malá pro velký výstupní výkon, přičemž je konstruováno pouze pro pásmo se středem na 100 Hz. Jednotku v malém pouzdru lze doplnit několika akcelerometry a vytvořit tak místní uzel pro sledování a analýzu mechanického stavu motoru. Firma věří, že její zdroj energie umožní instalovat i provozovat senzory a lokální monitory stavu zařízení zcela bez použití baterií a že jeho kombinace s bezdrátovými a bezbateriovými přenosovými systémy dovolí zavést sledování stavu on-line u mnohem většího počtu velkých elektromotorů používaných v průmyslových provozech, než kolik je jich takto sledováno doposud.
Protože většina uvedených motorů není v současné době sledována vůbec nebo je sledována jen manuálně a občas, poskytlo by i sledovací zařízení činné jen asi jednou až třikrát za den mnohem více informací o stavu motoru, než kolik jich mají uživatelé k dispozici nyní. Firma Perpetuum předvedla nejnovější model svého napájecího zařízení na letošním strojírenském veletrhu v Hannoveru, kde o něj projevil zájem významný zákazník z ropného průmyslu.
Širší pohled
Přístroje pro bezbateriové napájení provozních přístrojů existují jako funkční vzorky i prototypy. Například společnost Emerson Process Management několik takových zařízení představila na začátku roku 2005, obchodně je ale dosud nevyužila. Její systém Smart Wireless, uvedený na trh v roce 2006, naopak tvoří produkty s dokonalejšími bateriemi a úspornějšími elektronickými obvody; tím se vyhnula potřebě konvertovat jinou, na místě dostupnou formu energie na elektrickou energii. Postoj ostatních dodavatelů bezdrátových převodníků, např. firem Honeywell a Accutech, je v tomto ohledu rovněž rezervovaný. Analytici z poradenské společnosti ARC věří, že svou roli zde sehrál odpor zákazníků a že všichni tito dodavatelé si spočítali, že konverze energie znamená další zcela novou proměnnou u nového produktu, v jehož specifikacích je pro uživatele i tak až příliš mnoho nového.
Ve firmě Perpetuum pracuje velmi úzce zaměřená skupina odborníků, kteří si přesně definovali svůj úkol. Toto ale nelze říci o všech firmách zkoušejících nyní podnikat v oboru sítí bezdrátových senzorů. Někteří z těchto odborníků jsou elektromechanického zaměření, nikoliv radiotechnici. Přitom ale věří, že jsou to právě jejich dovednosti, co trhu s přístroji pro sledování stavu zařízení mohou pomoci překonat meze poměrně malého prostoru, na němž se nyní odbývá. Dodavatelé systémů určených ke sledování stavu různých mechanických zařízení by měli být v tomto směru dosti obezřetní.
[FORBES, H.: PMG Perpetuum Developing Energy Harvesting Technology to Power Wireless Sensors without Batteries. ARCwire, 11. května 2007, ARC Advisory Group.]
(sk)
|