建立工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) （IIoT） 傳感器網(wǎng)絡(luò)需要附加成本，超過 60% 的成本與布線和安裝有關(guān)。雖然無線數(shù)據(jù)傳輸可以幫助消除一些布線，但通過添加無線技術(shù)進(jìn)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(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)新的無線充電解決方案。

無線技術(shù)是眾所周知的，但發(fā)射器的設(shè)計(jì)、它們的位置、最大化效率的可能性以及驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的行為是需要使用復(fù)雜工程解決方案的復(fù)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(wǎng)和智慧城市的障礙。大規(guī)模傳感器安裝需要復(fù)雜的布線基礎(chǔ)設(shè)施，成本高昂且安裝時(shí)間長。

TransferFi 開發(fā)了 TFi Turin-1 無線電源網(wǎng)絡(luò) （WPN） 平臺(tái)，該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)可靠的實(shí)施，以有限的循環(huán)時(shí)間替換電源線或電池。

TransferFi 聯(lián)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(jí)架構(gòu)專為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，這些應(yīng)用確實(shí)需要一個(gè)可容納多個(gè)目標(biāo)的遠(yuǎn)程無線電源網(wǎng)絡(luò)。” “我們使用射頻，因?yàn)樗m合遠(yuǎn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程應(yīng)用。所有這一切都可以通過 Turin 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，因?yàn)樗梢宰詣?dòng)化遠(yuǎn)場(chǎng)無線電力網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際使用和可部署性。”

無線電力傳輸

無線電力傳輸 （WPT） 技術(shù)分為兩大類：近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。

近場(chǎng)非輻射技術(shù)最適合通過磁場(chǎng)通過線圈之間的感應(yīng)耦合或電場(chǎng)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(dāng)今使用最廣泛的無線技術(shù)。

遠(yuǎn)場(chǎng)、輻射場(chǎng)技術(shù)（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(shù)可以將能量傳輸?shù)礁L的距離，但必須針對(duì)接收器。波束成形技術(shù)用于改善波束的聚焦。

通過專用射頻 （RF） 傳輸?shù)?WPT 在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中越來越流行。波束成形是 WPT 技術(shù)的圣杯，因?yàn)樗试S向接收器提供更高質(zhì)量的信號(hào)，而無需增加傳輸功率。為了獲得足夠的波束，發(fā)射機(jī)必須配備大量天線，用于自適應(yīng)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(gè)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，可根據(jù)接收器目標(biāo)的位置和應(yīng)用程序負(fù)載優(yōu)化定位、分時(shí)和信號(hào)。

當(dāng)前平臺(tái)由 TFi 網(wǎng)關(guān)和帶有各種傳感器的 TFi Sense 單元組成。TFi 網(wǎng)關(guān)使用遠(yuǎn)場(chǎng) RF 無線功率傳輸來供電，并與最遠(yuǎn) 50 米范圍內(nèi)的 TFi Sense 設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

“我們已經(jīng)創(chuàng)建了波束成形和信號(hào)優(yōu)化算法，以將波束聚焦到目標(biāo)設(shè)備上，”Mehta 說。“我們一直在使用優(yōu)化傳輸和接收端的算法來研究整體系統(tǒng)級(jí)架構(gòu)。我們的專利專注于以下領(lǐng)域：優(yōu)化射頻到直流轉(zhuǎn)換和精確的波束形成角度；使用TFi一鍵校準(zhǔn)和分時(shí)軟件縮短部署時(shí)間；并通過 16 通道 TFi 網(wǎng)關(guān)增強(qiáng)光束聚焦。”

波束成形是一種將無線信號(hào)引導(dǎo)到特定接收設(shè)備而不是將信號(hào)傳播到其他方向的過程。與避免使用波束成形技術(shù)相比，由此產(chǎn)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(shù)得到了發(fā)展。

做到這一點(diǎn)的一種技術(shù)涉及使用幾個(gè)非常接近的天線，所有天線都在稍微不同的時(shí)間傳輸相同的信號(hào)。重疊波會(huì)在某些區(qū)域產(chǎn)生建設(shè)性的（使信號(hào)更強(qiáng)）干擾，而在其他區(qū)域產(chǎn)生破壞性的（使信號(hào)更弱或無法檢測(cè)到）。如果操作正確，此波束成形過程可以將信號(hào)引導(dǎo)到您希望它去的地方。

波束成形以提高效率

當(dāng)前用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的 TFi 系統(tǒng)

聚焦光束不僅比向各個(gè)方向發(fā)射光束更有效，而且該技術(shù)可以減少那些試圖攔截其他信號(hào)的人所受到的干擾。限制可能在于執(zhí)行復(fù)雜計(jì)算任務(wù)以實(shí)現(xiàn)最佳效率的計(jì)算資源。但是硬件和軟件資源的不斷改進(jìn)可以彌補(bǔ)這些限制。

“總的來說，Turin 平臺(tái)設(shè)計(jì)為與硬件和應(yīng)用程序無關(guān)，因此它可以用于任何具有合適硬件類型的應(yīng)用程序，”Mehta 說。“當(dāng)前發(fā)布的產(chǎn)品 TFi WPN IIoT 旨在用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能樓宇自動(dòng)化和用于環(huán)境傳感的熱圖（用于服務(wù)器機(jī)房和冷藏室）。我們正在與工業(yè)自動(dòng)化、半導(dǎo)體、物流和汽車領(lǐng)域的跨國公司合作。”

工業(yè) 4.0、智能建筑和智能電網(wǎng)等未來工業(yè)概念需要大規(guī)模部署傳感器，這需要復(fù)雜的布線基礎(chǔ)設(shè)施，部署時(shí)間長，停機(jī)時(shí)間成本高昂損害業(yè)務(wù)。對(duì)于當(dāng)前的有線傳感器部署，大部分部署時(shí)間都浪費(fèi)在安裝和布線上，這消耗了傳感器部署總預(yù)算的 60% 以上。TFi WPN 平臺(tái)提供非侵入式傳感器部署，降低布線基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜性。

審核編輯：郭婷