研究人员推出了一款开创性的微风唤醒风速计 (B-WA),它采用滚动轴承摩擦纳米发电机 (RB-TENG),为低能耗环境监测提供了一种新策略。B-WA 能够在各种风况下自主高效运行,标志着可持续环境监测领域的重大进步。

新型风速传感器利用最小功率实现先进的天气跟踪

风速计是收集气象数据的重要工具,对于准确的天气预报和环境监测至关重要。传统风速计通常面临与高维护和运营成本相关的挑战,主要是因为它们的静态功耗高且依赖电池供电。这些挑战在偏远地区尤其严重,因为更换电池或维修设备既困难又昂贵。

低功耗自唤醒风速计的引入可以改变环境监测,延长部署周期,减少维护频率,并提高这些关键但难以到达区域的数据收集可靠性。

北京纳米能源与纳米系统研究所的研究团队在《微系统与纳米工程》上发表了一项新研究,描述了一种微风唤醒风速计(B-WA),旨在大幅增强远程气象监测能力。

新开发的 B-WA 集成了以下关键组件:两个滚动轴承摩擦纳米发电机 (RB-TENG)、一个自唤醒模块 (SWM) 和一个信号处理模块 (SPM)。B-WA 可以保持接近零功率的静止状态,直到被超过 2 米/秒的风速激活。RB-TENG 的设计目的是利用滚动轴承的运动来发电,并利用这种运动将设备从低功耗状态唤醒。

启动后,SWM 仅需 0.96 秒即可唤醒整个系统,实现实时风速测量。同时,SPM 处理 RB-TENG 产生的信号频率,以 9.45 Hz/(m/s) 的灵敏度精确监测风速,确保数据收集精确可靠。

该项目首席科学家张驰教授表示:“该设备不仅突破了纳米技术的界限,还为全球气象监测挑战提供了可持续的解决方案。它的低能耗和高灵敏度对于未来的环境传感至关重要。”

这项技术对于农业规划和自然灾害预防等领域至关重要,因为准确及时的天气信息可以对决策和运营安全产生重大影响。B-WA 坚固耐用且维护成本低,非常适合集成到物联网 (IoT) 网络中,从而增强各个部门的分布式环境监测。