【導讀】建立工業物聯網 (IIoT) 傳感器網絡需要附加成本，其中 60% 以上的成本與布線和安裝有關。雖然無線數據傳輸有助于消除一些布線，但通過添加無線電力傳輸技術可以避免更多布線。初創公司 TransferFi 正在為 50 米（約 165 英尺）距離的工業物聯網傳感器網絡開發新的無線充電解決方案。
建立工業物聯網 (IIoT) 傳感器網絡需要附加成本，其中 60% 以上的成本與布線和安裝有關。雖然無線數據傳輸有助于消除一些布線，但通過添加無線電力傳輸技術可以避免更多布線。初創公司 TransferFi 正在為 50 米（約 165 英尺）距離的工業物聯網傳感器網絡開發新的無線充電解決方案。
無線技術眾所周知，但發射器的設計、發射器的位置、化效率的可能性以及驗證整個系統的行為代表著復雜的挑戰，需要使用復雜的工程解決方案。不可避免的布線成本不僅增加了工業物聯網和工業 4.0 的障礙，也增加了智能電網和智慧城市的障礙。大規模傳感器安裝需要復雜的布線基礎設施，成本高昂且安裝時間較長。
TransferFi 開發了 TFi Turin-1 無線電源網絡 (WPN) 平臺，該平臺可以實現可靠的實施，以有限的循環時間替代電源線或電池。
TransferFi 聯合創始人兼執行官 Aashish Mehta 表示：“我們的 TFi WPN IIoT 系統級架構專為工業物聯網應用而設計，這些應用確實需要容納多個目標的遠程無線充電網絡。” “我們使用射頻，因為它更適合遠場/長距離應用。所有這一切都可以通過 Turin 平臺實現商業化，因為它可以自動化遠場無線充電網絡的實際使用和部署。”
無線功率傳輸
無線功率傳輸 (WPT) 技術分為兩大類：近場和遠場。它們各有優點和缺點。
近場非輻射技術適合通過線圈之間的電感耦合磁場或通過金屬電極之間的電容耦合電場短距離傳輸能量。電感耦合是當今使用廣泛的無線技術。
遠場輻射場技術（也稱為功率發射）包括通過電磁輻射（例如微波或激光束）傳輸功率。這些技術可以將能量傳輸到更遠的距離，但必須針對接收器。波束形成技術用于改善波束的聚焦。
通過專用射頻 (RF) 傳輸的 WPT 在物聯網應用中越來越受歡迎。波束成形是 WPT 技術的圣杯，因為它可以向接收器傳送更高的信號質量，而無需增加傳輸功率。為了獲得足夠的波束，發射機必須配備大量天線，用于自適應波束形成并控制波束能量聚焦的方向。
無線電源傳輸框圖（圖片TransferFi）
TFi Turin 1
TransferFi 創建了一個自動校準系統，可根據接收器目標的位置和應用負載優化定位、分時和信號。
當前平臺由 TFi 網關和帶有各種傳感器的 TFi Sense 單元組成。TFi 網關使用遠場射頻無線功率傳輸來為 TFi Sense 設備供電并進行數據通信，范圍遠可達 50 米。
“我們創建了波束成形和信號優化算法，將波束聚焦到目標設備，”梅塔說。“我們研究了整體系統級架構，并使用優化傳輸和接收端的算法。我們的主要集中在以下領域：優化以獲得更好的射頻到直流轉換和的波束形成角度；使用TFi一鍵校準和分時軟件縮短部署時間；并通過 16 通道 TFi 網關增強光束聚焦。”
波束成形是將無線信號引導至特定接收設備而不是向其他方向傳播信號的過程。與避免使用波束成形技術相比，由此產生的更直接的連接更快、更可靠。近年來，由于 5G 的普及，波束成形技術不斷發展。
實現此目的的一種技術涉及使用多個靠近的天線，所有天線在略有不同的時間傳輸相同的信號。重疊的波會產生干擾，這些干擾在某些區域是建設性的（使信號更強），而在其他區域是破壞性的（使信號變弱或無法檢測到）。如果操作正確，該波束形成過程可以將信號引導至您想要的位置。
波束成形可提高效率（圖片TransferFi）
當前用于工業物聯網的 TFi 系統（圖片：TransferFi）
該技術不僅聚焦光束比向各個方向發射光束更有效，而且還可以減少那些試圖攔截其他信號的人所受到的干擾。限制可能在于執行復雜計算任務以實現效率的計算資源。但硬件和軟件資源的不斷改進可以彌補這些限制。
“總的來說，Turin 平臺的設計與硬件和應用程序無關，因此它可以用于任何具有合適類型硬件的應用程序，”Mehta 說。“當前發布的產品 TFi WPN IIoT 面向狀態監測、智能樓宇自動化和環境傳感熱圖（用于服務器機房和冷藏室）。我們正在與工業自動化、半導體、物流和汽車領域的跨國公司合作。”
工業 4.0、智能建筑和智能電網等未來工業概念需要大規模傳感器部署，這需要復雜的布線基礎設施，部署時間長，并且會因昂貴的停機時間而損害業務。在當前的有線傳感器部署中，大部分部署時間都浪費在安裝和布線上，這消耗了傳感器總體部署預算的 60% 以上。TFi WPN 平臺提供非侵入式傳感器部署，降低了布線基礎設施的復雜性。
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