Contribution
Mobile Sensor Concept with Energy Harvesting through Focused Ultrasound Signals
* Presenting author
Abstract:
Im Rahmen der Prozessüberwachung und -steuerung spielt die Datenerfassung mit Hilfe von Sensoren eine wichtige Rolle. Für Anwendungen in flüssigen Medien können mobile, autonome Sensoren sinnvoll sein, um orts- und zeitaufgelöste Messwerte zu erfassen. Ein großes Problem stellt dabei die langfristige Energieversorgung dar. Hierfür wurde die Möglichkeit der drahtlosen Energieübertragung per Ultraschall untersucht. Die Ultraschallwellen werden dabei zielgerichtet auf die Position des Sensors gerichtet. Der Sensor selbst soll die mechanische Energie des Ultraschalls mit Hilfe piezoelektrischer Wandler und einer Low-Power Energy-Harvesting-Schaltung in elektrische Energie umwandeln. Die durch den piezoelektrischen Effekt entstehenden Wechselspannungen können je nach Sensorlage und Orientierung in ihrer Amplitude stark variieren. Zur Erhöhung der Spannung werden die einzelnen Wechselspannungen mit einem Delon-Spannungsverdoppler gleichgerichtet, hochgesetzt und addiert. Die resultierende, relativ hohe Gleichspannung, kann von einem Energy-Harvesting-IC genutzt werden, um einen Laderegler für einen Lithium-Polymer-Akku zu versorgen, wodurch die Energie in einem Langzeitspeicher für die spätere Verwendung gesammelt wird. Ein Mikrocontroller ist für das Energiemanagement sowie für die Messwertaufnahme- und Speicherung der Sensoren zuständig. Der erste Messaufbau erzielte übertragbare Leistungen im Milliwattbereich. Diese Leistungen sind ausreichend, um den Mikrocontroller und seine Peripherie mit ausreichend Energie für regelmäßige Messwertaufnahmen zu versorgen. Es werden konkrete Messdaten bezüglich erzielter Leistungswerte vorgestellt.