G 2023

Napájecí zdroj typu ENERGY HARVESTING pro autonomní bezdrátové senzory vibrací

FRISCHER, Robert, Ondřej GRYCZ, Tomáš PRÁŠIL and Jiří NOVÁK

Basic information

Original name

Napájecí zdroj typu ENERGY HARVESTING pro autonomní bezdrátové senzory vibrací

Name (in English)

ENERGY HARVESTING power supply for stand-alone wireless vibration sensors

Authors

FRISCHER, Robert (203 Czech Republic, belonging to the institution), Ondřej GRYCZ (203 Czech Republic, belonging to the institution), Tomáš PRÁŠIL and Jiří NOVÁK

Edition

2023

Other information

Language

Czech

Type of outcome

Technicky realizované výsledky (prototyp, funkční vzorek)

Field of Study

20200 2.2 Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering

Country of publisher

Czech Republic

Confidentiality degree

není předmětem státního či obchodního tajemství

Organization unit

Institute of Technology and Business in České Budějovice

Keywords in English

Energy harvesting; power supply; sensorics; super capacitor

Technical parameters

-Jedná se o odladěnou a otestovanou variantu napájecího zdroje pro nízkoodběrové bezdrátové senzory vibrací. Zdroje typu ENERGY HARVESTING využívají všudypřítomné, nízko potenciálové zdroje energie jako například teplotní spád, rozptýlené světlo, vibrace, elektromagnetické záře apod. Tyto typy zdrojů jsou schopny střádat malé dávky energie a v případě dostatečné energie v zásobníku vytvořit krátký napájecí cyklus pro senzor. Senzor tedy pracuje v přerušovaném režimu, což v těchto případech naprosto nevadí. Napájení: FV článek 52x52 mm /0,15 V/0,3 A Materiál:RF-4, zlacené plochy PCB Výstupní napětí: 5,0V Kapacita sběrného kondenzátoru: 1,0 F/5,5V Záložní zdroj: 3,0 V lithium primary bat.
Změněno: 10/11/2023 10:45, Barbora Kroupová

Abstract

ORIG EN

V originále

Jedná se o odladěnou a otestovanou variantu napájecího zdroje pro nízkoodběrové bezdrátové senzory vibrací. Zdroje typu ENERGY HARVESTING využívají všudypřítomné, nízko potenciálové zdroje energie jako například teplotní spád, rozptýlené světlo, vibrace, elektromagnetické záře apod. Tyto typy zdrojů jsou schopny střádat malé dávky energie a v případě dostatečné energie v zásobníku vytvořit krátký napájecí cyklus pro senzor. Senzor tedy pracuje v přerušovaném režimu, což v těchto případech naprosto nevadí. Napájecí zdroj bude využit pro autonomní senzory, kdy v první fázi uvažujeme o nasazení senzorů vibrací pro zjištění nestandardního chování obráběcí hlavy. Vibrace, ať už z jakéhokoliv zdroje jsou důležitou veličinou vypovídající o stavu zařízení obecně (CNC stroj, auto, …). Zdroj bude zajišťovat napájení senzorům bez nutnosti výměny baterií, nebo nabíjení akumulátorů, bezobslužně. V takovém případě je možné umístit senzory do jinak nepřístupných míst. Funkční vzorek bude využíván do konce projektu a bude následně implementován do systému adaptivní a autonomní kontroly robotizovaných výrobních pracovišť po celou dobu udržitelnosti. Napájecí modul je schopen zpracovat vstupní napětí o hodnotě minimálně 160 mV. Je nutné, aby byl zdroj energie schopen dodat alespoň 0.07 A, z důvodu správně funkce obvodu. Maximální dostupná naakumulovaná energie je 3.9 Ws s tím, že výstupní napětí bude programově volitelné v rozmezí 3.3 V až 5.1 V. Doba nabíjení 0.55 F kondenzátoruje cca v průměru 8.5 minut. Tato doba se může lišit v závislosti na vstupních energetických poměrech. Prototyp je napájen ze solárního článku 52x52 mm, který byl zvolen s ohledem na množství světla v dané oblasti výrobního procesu, řídícího obvodu a externího spínacího členu. Má průmyslové upotřebení hlavně v oblasti senzoriky v oblastech bez dostupnosti síťové napájecí energie a dále v místech, kde jsou jen velmi obtížné servisní zásahy.

In English

This is a debugged and tested variant of the power supply for low-power wireless vibration sensors. ENERGY HARVESTING power supplies use ubiquitous, low-potential energy sources such as temperature gradients, stray light, vibrations, electromagnetic radiation, etc. These types of sources are capable of storing small bursts of energy and, if sufficient energy is stored in the reservoir, create a short power cycle for the sensor. The sensor therefore operates in intermittent mode, which is perfectly fine in these cases. The power supply will be used for autonomous sensors, where in the first phase we consider deploying vibration sensors to detect non-standard behaviour of the machine head. Vibrations, whatever the source, are an important variable telling about the state of the equipment in general (CNC machine, car, ...). The power supply will provide power to the sensors without the need to change batteries or charge batteries, unattended. In this case, it is possible to place the sensors in otherwise inaccessible places. The functional sample will be used until the end of the project and will then be implemented in the adaptive and autonomous control system of the robotic manufacturing sites throughout the sustainability period. The power supply module is capable of handling an input voltage of at least 160 mV. It is necessary that the power supply is capable of delivering at least 0.07 A in order for the circuit to function properly. The maximum available stored energy is 3.9 Ws, with the output voltage being programmably selectable between 3.3 V and 5.1 V. The 0.55 F capacitor charge time averages approximately 8.5 minutes. This time may vary depending on input energy ratios. The prototype is powered by a 52x52 mm solar cell, which was chosen with respect to the amount of light in the process area, the control circuit and the external switching element. It has industrial applications mainly in the sensor field in areas without grid power availability and also in places where service interventions are very difficult.