无线电力传输取代IIoT传感器网络电缆

建立工业物联网 （IIoT） 传感器网络需要附加成本，超过 60% 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一些布线，但通过添加无线技术进行电力传输可以避免更多的布线。初创公司 TransferFi 正在为 50 米（约 165 英尺）距离的工业物联网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，但发射器的设计、它们的位置、最大化效率的可能性以及验证整个系统的行为是需要使用复杂工程解决方案的复杂挑战。不可避免的布线成本不仅增加了 IIoT 和工业 4.0 的障碍，也增加了智能电网和智慧城市的障碍。大规模传感器安装需要复杂的布线基础设施，成本高昂且安装时间长。

TransferFi 开发了 TFi Turin-1 无线电源网络 （WPN） 平台，该平台可以实现可靠的实施，以有限的循环时间替换电源线或电池。

TransferFi 联合创始人兼首席执行官 Aashish Mehta 表示：“我们的 TFi WPN IIoT 系统级架构专为工业物联网应用而设计，这些应用确实需要一个可容纳多个目标的远程无线电源网络。” “我们使用射频，因为它更适合远场/远程应用。所有这一切都可以通过 Turin 平台实现商业化，因为它可以自动化远场无线电力网络的实际使用和可部署性。”

无线电力传输

无线电力传输 （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通过磁场通过线圈之间的感应耦合或电场通过金属电极之间的电容耦合在短距离上传输能量。电感耦合是当今使用最广泛的无线技术。

远场、辐射场技术（也称为功率束）包括通过电磁辐射（例如微波或激光束）传输功率。这些技术可以将能量传输到更长的距离，但必须针对接收器。波束成形技术用于改善波束的聚焦。

通过专用射频 （RF） 传输的 WPT 在物联网应用中越来越流行。波束成形是 WPT 技术的圣杯，因为它允许向接收器提供更高质量的信号，而无需增加传输功率。为了获得足够的波束，发射机必须配备大量天线，用于自适应波束形成并控制波束能量聚焦的方向。

无线电力传输框图

TFi Turin 1

TransferFi 创建了一个自动校准系统，可根据接收器目标的位置和应用程序负载优化定位、分时和信号。

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 无线功率传输来供电，并与最远 50 米范围内的 TFi Sense 设备进行数据通信。

“我们已经创建了波束成形和信号优化算法，以将波束聚焦到目标设备上，”Mehta 说。“我们一直在使用优化传输和接收端的算法来研究整体系统级架构。我们的专利专注于以下领域：优化射频到直流转换和精确的波束形成角度；使用TFi一键校准和分时软件缩短部署时间；并通过 16 通道 TFi 网关增强光束聚焦。”

波束成形是一种将无线信号引导到特定接收设备而不是将信号传播到其他方向的过程。与避免使用波束成形技术相比，由此产生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。

做到这一点的一种技术涉及使用几个非常接近的天线，所有天线都在稍微不同的时间传输相同的信号。重叠波会在某些区域产生建设性的（使信号更强）干扰，而在其他区域产生破坏性的（使信号更弱或无法检测到）。如果操作正确，此波束成形过程可以将信号引导到您希望它去的地方。

波束成形以提高效率

当前用于工业物联网的 TFi 系统

聚焦光束不仅比向各个方向发射光束更有效，而且该技术可以减少那些试图拦截其他信号的人所受到的干扰。限制可能在于执行复杂计算任务以实现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限制。

“总的来说，Turin 平台设计为与硬件和应用程序无关，因此它可以用于任何具有合适硬件类型的应用程序，”Mehta 说。“当前发布的产品 TFi WPN IIoT 旨在用于状态监测、智能楼宇自动化和用于环境传感的热图（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。”

工业 4.0、智能建筑和智能电网等未来工业概念需要大规模部署传感器，这需要复杂的布线基础设施，部署时间长，停机时间成本高昂损害业务。对于当前的有线传感器部署，大部分部署时间都浪费在安装和布线上，这消耗了传感器部署总预算的 60% 以上。TFi WPN 平台提供非侵入式传感器部署，降低布线基础设施的复杂性。

审核编辑：郭婷