无线电源传输的IIoT传感器网络电缆解决方案

建立工业物联网（IIoT）传感器网络需要附加成本，其中60％以上的成本与布线和安装有关。虽然无线数据传输可以帮助消除某些电缆连接，但通过增加用于功率传输的无线技术，甚至可以避免更多的布线。初创公司TransferFi正在研究适用于50米（约165英尺）距离的工业IoT传感器网络的新型无线充电解决方案。

TransferFi是一家初创公司，致力于为距离50米（约165英尺）的工业IoT传感器网络开发新的无线充电解决方案。

无线技术是众所周知的，但是发射机的设计，它们的位置，最大化效率的可能性以及验证整个系统的性能代表着复杂的挑战，需要使用复杂的工程解决方案。布线的必然成本不仅增加了对IIoT和工业4.0的壁垒，而且也增加了智能电网和智能城市的壁垒。大型传感器安装需要复杂的布线基础架构，该基础架构成本高昂且安装时间较长。

TransferFi开发了TFi Turin-1无线电源网络（WPN）平台，该平台使可靠的实施成为可能，从而可以在有限的循环时间内更换电源电缆或电池。

“ TransferFi联合创始人兼首席执行官Aashish Mehta说：“我们的TFi WPN IIoT系统级体系结构是为工业IoT应用而设计的，而工业IoT应用确实需要容纳多个目标的远程无线电源网络。“我们使用射频，因为它更适合于远场/远程应用。使用Turin平台，所有这些在商业上都是可能的，因为它可以自动实现远场无线电源网络在现实世界中的使用和可部署性。”

无线电源传输

无线电源传输（WPT）技术分为两大类：近场和远场。它们各有优缺点。

近场非辐射技术最适合于通过线圈之间的电感耦合通过磁场或通过金属电极之间的电容耦合通过电场在短距离内传输能量。电感耦合是当今使用最广泛的无线技术。

远场辐射场技术（也称为功率发射）包括通过电磁辐射（例如微波或激光束）传输功率。这些技术可以在更长的距离上传输能量，但必须针对接收器。波束成形技术用于改善光束的聚焦。

通过专用射频（RF）传输的WPT在物联网应用中越来越受欢迎。波束成形是WPT技术的圣杯，因为它可以在不增加发射功率的情况下将更高的信号质量传递给接收器。为了获得足够的波束，发射器必须配备大量天线，以进行自适应波束形成并控制波束能量聚焦的方向。

无线电源传输框图（图片：TransferFi）

TFi都灵1

TransferFi创建了一个自动校准系统，该系统可以根据接收器目标的位置和应用程序负载来优化目标，时间共享和信号。

当前平台由TFi网关和带有各种传感器的TFi Sense单元组成。TFi网关使用远场RF无线电源传输来供电，并与可达50米的TFi Sense设备进行数据通信。

Mehta说：“我们创建了波束成形和信号优化算法，以将波束聚焦在目标设备上。”“我们已经通过优化发送和接收端的算法研究了整个系统级体系结构。我们的专利专注于这些领域：优化以实现更好的RF到DC转换和精确的波束形成角度；使用TFi一键式校准和分时软件可以缩短部署时间；并通过16通道TFi网关增强了光束聚焦。”

波束成形是一种将无线信号定向到特定接收设备，而不是将信号扩展到其他方向的过程。与避免使用波束成形技术相比，所得到的更直接的连接更快，更可靠。近年来，由于5G的普及，波束成形技术得到了发展。

一种执行此操作的技术涉及使用多个接近的天线，所有天线在略微不同的时间发送相同的信号。重叠的波将在某些区域产生相长的干扰（使信号更强），而在其他区域产生相消的干扰（使信号更弱或不可检测）。如果正确操作，则此波束成形过程可以将信号定向到您想要的位置。

聚焦光束不仅比在各个方向上爆炸都要高效，而且还可以减少尝试拦截其他信号的人所受到的干扰。限制可能在于执行复杂的计算任务以获得最佳效率的计算资源。但是，硬件和软件资源的不断改进可以弥补这些局限性。

Mehta说：“总体而言，都灵平台在设计上是与硬件和应用程序无关的，因此可以用于具有正确硬件类型的任何应用程序。”“当前的产品发布版TFi WPN IIoT旨在用于状态监视，智能建筑自动化以及用于环境感应的热图绘制（用于服务器机房和冷藏室）。我们正在与工业自动化，半导体，物流和汽车领域的跨国公司合作。”

未来的工业概念，例如工业4.0，智能建筑和智能电网，需要大规模的传感器部署，这需要复杂的布线基础架构，这需要花费很长时间进行部署，并且会因停机时间长而损害业务。在当前的有线传感器部署中，大部分部署时间浪费在安装和布线上，这消耗了整个传感器部署预算的60％以上。TFi WPN平台可提供非侵入式传感器部署，从而降低了布线基础设施的复杂性。

编辑：hfy