肖鈺+龔學成

（揚州大學信息工程學院）

摘 要：能量采集技術作為一種環(huán)保方便的延長系統(tǒng)的使用壽命的有效途徑，近年來備受關注。本文描述了通信系統(tǒng)幾個具有代表性的能量采集技術，重申其重要作用和意義。

關鍵詞：能量采集；壓電技術；太陽能；激光

傳統(tǒng)的能量通過有限能量的電池供應，不僅需要固定時間更換，而且在環(huán)境惡劣的條件下很難操作。而從周圍環(huán)境中可利用的再生資源進行采集能量，如太陽能、風能，來供應能量受限的無線網(wǎng)絡不僅環(huán)保而且十分方便。近些年來，一種新興的可利用資源無線頻率信號（RF）引起了專家學者的關注[1]。由于無線頻率信號中不僅包含有用的信息，同時還攜有可利用的能量。因此，能量受限的無線通信網(wǎng)絡用戶可以在能量收集的同時進行相關的信號處理[2]。不僅如此，能量采集技術也為移動用戶帶來方便?；谝陨犀F(xiàn)狀，本文將機械能、太陽能供電及激光主動供電這幾種能量采集技術進行了分析和對比。

1 機械能

由于機械振動能量的普遍存在性，合理地利用振動能量將會是一種有效的方法。而壓電能量采集技術速度快、無電磁干擾、成本低的特點使得其脫穎而出。

該技術的原理是：當系統(tǒng)在外界力作用下，根據(jù)能量守恒定律，該外部機械能可以轉(zhuǎn)換為彈性勢能，動能，機械損耗能以及電能，電能經(jīng)過壓電能量采集電路可應用于負載。參考文獻[3]中討論了三種經(jīng)典的壓電能量采集技術：被動式、半主動式及主動式，在理論上分析了其原理和框架。文獻[4]對改進型能量采集電路進行了闡述。

壓電能量采集技術已經(jīng)有了很大的進步，但是仍處在研發(fā)階段，還未大規(guī)模應用。

2 太陽能

能量密度高的特點使太陽能在能量采集技術中得到了廣泛應用，太陽能采集模塊采集到太陽能后存儲到能量儲存模塊，與此同時，管理模塊會進行充放電的控制以及電路的監(jiān)測。

文獻[4]說明了Heliomote、Fleck和ZebraNet系統(tǒng)由于對電壓大小的限制，使得能量利用率不高。文章又對比分析了Ambimax、Duracap等系統(tǒng)的優(yōu)缺點，總結出目前太陽能采集系統(tǒng)最大的瓶頸是能量利用率不高。

3 激光主動供能

所謂“激光”，即“受激輻射的光放大”，眾所周知，電子分布在不同的能級上，受到光子激發(fā)后，高能級電子會發(fā)生躍遷，從而輻射出與激發(fā)它的光同性質(zhì)的光。文獻[5]提出了一種“單對多”的供能網(wǎng)絡，得到了最大功率點追蹤的實現(xiàn)方法。但是在實際應用場景下，此方法的研究工作有待進一步開展。

結束語

能量采集通過收集周圍環(huán)境中的微小能量，將之轉(zhuǎn)換成電能，綠色環(huán)保效率高，將成為通信領域最有潛力的研究方向之一。

參考文獻

[1]L. R. Varshney，“Transporting information and energy simultaneously， ”in Proc. 2008 IEEE ISIT.

[2]P. Grover and A. Sahai，“Shannon meets Tesla： wireless information andpower transfer，” in Proc. 2010 IEEE ISIT.

[3]張利偉，鄭國強，李繼順.壓電能量采集技術研究[J].火力與指揮控制，2013.

[4]肖志良.太陽能供電無線傳感器網(wǎng)絡的能量采集新技術[J].電子元件與材料，2013.

[5]陳韜.無線傳感器網(wǎng)絡的激光主動供能能量采集系統(tǒng)研究[J].重慶大學，2012.