建立工業(yè)物聯網 （IIoT） 傳感器網絡需要附加成本，超過 60% 的成本與布線和安裝有關。雖然無線數據傳輸可以幫助消除一些布線，但通過添加無線技術進行電力傳輸可以避免更多的布線。初創(chuàng)公司 TransferFi 正在為 50 米（約 165 英尺）距離的工業(yè)物聯網傳感器網絡開發(fā)新的無線充電解決方案。

無線技術是眾所周知的，但發(fā)射器的設計、它們的位置、最大化效率的可能性以及驗證整個系統(tǒng)的行為是需要使用復雜工程解決方案的復雜挑戰(zhàn)。不可避免的布線成本不僅增加了 IIoT 和工業(yè) 4.0 的障礙，也增加了智能電網和智慧城市的障礙。大規(guī)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長。

TransferFi 開發(fā)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(huán)時間替換電源線或電池。

TransferFi 聯合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Aashish Mehta 表示：“我們的 TFi WPN IIoT 系統(tǒng)級架構專為工業(yè)物聯網應用而設計，這些應用確實需要一個可容納多個目標的遠程無線電源網絡?！?“我們使用射頻，因為它更適合遠場/遠程應用。所有這一切都可以通過 Turin 平臺實現商業(yè)化，因為它可以自動化遠場無線電力網絡的實際使用和可部署性。”

無線電力傳輸

無線電力傳輸 （WPT） 技術分為兩大類：近場和遠場。它們各有優(yōu)缺點。

近場非輻射技術最適合通過磁場通過線圈之間的感應耦合或電場通過金屬電極之間的電容耦合在短距離上傳輸能量。電感耦合是當今使用最廣泛的無線技術。

遠場、輻射場技術（也稱為功率束）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長的距離，但必須針對接收器。波束成形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流行。波束成形是 WPT 技術的圣杯，因為它允許向接收器提供更高質量的信號，而無需增加傳輸功率。為了獲得足夠的波束，發(fā)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。

無線電力傳輸框圖

TFi Turin 1

TransferFi 創(chuàng)建了一個自動校準系統(tǒng)，可根據接收器目標的位置和應用程序負載優(yōu)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 RF 無線功率傳輸來供電，并與最遠 50 米范圍內的 TFi Sense 設備進行數據通信。

“我們已經創(chuàng)建了波束成形和信號優(yōu)化算法，以將波束聚焦到目標設備上，”Mehta 說?！拔覀円恢痹谑褂脙?yōu)化傳輸和接收端的算法來研究整體系統(tǒng)級架構。我們的專利專注于以下領域：優(yōu)化射頻到直流轉換和精確的波束形成角度；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。”

波束成形是一種將無線信號引導到特定接收設備而不是將信號傳播到其他方向的過程。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，波束成形技術得到了發(fā)展。

做到這一點的一種技術涉及使用幾個非常接近的天線，所有天線都在稍微不同的時間傳輸相同的信號。重疊波會在某些區(qū)域產生建設性的（使信號更強）干擾，而在其他區(qū)域產生破壞性的（使信號更弱或無法檢測到）。如果操作正確，此波束成形過程可以將信號引導到您希望它去的地方。

波束成形以提高效率

當前用于工業(yè)物聯網的 TFi 系統(tǒng)

聚焦光束不僅比向各個方向發(fā)射光束更有效，而且該技術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(zhí)行復雜計算任務以實現最佳效率的計算資源。但是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 平臺設計為與硬件和應用程序無關，因此它可以用于任何具有合適硬件類型的應用程序，”Mehta 說。“當前發(fā)布的產品 TFi WPN IIoT 旨在用于狀態(tài)監(jiān)測、智能樓宇自動化和用于環(huán)境傳感的熱圖（用于服務器機房和冷藏室）。我們正在與工業(yè)自動化、半導體、物流和汽車領域的跨國公司合作?！?/p>

工業(yè) 4.0、智能建筑和智能電網等未來工業(yè)概念需要大規(guī)模部署傳感器，這需要復雜的布線基礎設施，部署時間長，停機時間成本高昂損害業(yè)務。對于當前的有線傳感器部署，大部分部署時間都浪費在安裝和布線上，這消耗了傳感器部署總預算的 60% 以上。TFi WPN 平臺提供非侵入式傳感器部署，降低布線基礎設施的復雜性。

審核編輯：郭婷