基于无线传感器网络的激光主动供能系统.pdf

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1、2012年第31卷第1l期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)91基于无线传感器网络的激光主动供能系统陈韬，朱永，王宁，陈建君，龚天诚，文玉梅(重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044)摘要：提出了一种利用激光远距离激励荧光粉发光为无线传感器网络供能的方法，解决了在环境能源缺乏时传感器网络的供能问题。对激光主动供能发射光场的分布特性进行了分析，提出了能够提高激光利用率的双面荧光靶光学结构，并设计了一种在激光主动供能方式下驱动传感器节点

2、的高效率低功耗的能量管理电路。利用3W，473nm激光器搭建了激光主动供能系统，实验结果表明：利用该供能系统能得到空间角为4w／3的均匀出射光场，其平均能量密度约13w／cm；集成有能量管理电路的无线节点在该系统中每15min工作一次。关键词：无线传感器网络；激光主动供能；能量管理电路中图分类号：TP212；TN249文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)11-0091-03LTaseraCt·i■VeD0WerSUDDl●VSVSt■em1f●0rwi■relesssensornetw

3、orksCHENTao，ZHUYong，WANGNing，CHENJian-inn，GONGTian—cheng，WENYu—mei(KeyLaboratoryofoptoelectronicTechnologyandSystems，MinistryofEducation，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China)Abstract：AmethodusinglaserstimulatingphosphortosupplypowerremotelyforWSNsis

4、proposed，whichsolvestheenergysupplyproblemforWSNswhentheenvironmentenergyisnotstrongenough．Thedistributionoftheemittedlightfieldoflaseractivepowersupplyisanalyzed．Anopticalstructureofdouble—sidedfluorescenceconve~erwhichimprovestheutilizationrateoflasere

5、nergyisdesigned．Anultra—lowpowerconsumptionandhigheficiencyenergymanagementcircuitwhichissuitableforsensornodesworkinginthelaserpowersupplysystemisdesigned．Thelaseractivepowersupplysystemisbuiltusing3W，473nmlaser．Theexperimentresultsindicatethatauniforme

6、mittedlightfieldwith4~v／3spaceangleandapproximately13p~W／cmaveragepowerdensityisobtainedusingthispowersupplysystem．Thewirelesssensornodecombinedwiththeenergymanagementcircuitworksonetimeinevery15mininthissystem．Keywords：wirelesssensornetworks(WSNs)；laser

7、activepowersupply；energymanagementcircuit0引言能采集到足够的能量为传感器节点供能，这时需要主动供无线传感器网络(wirelesssensornetworks，WSNs)是由能方式。KursA等人提出了用磁耦合方法无线传输能分布在监测区域内的大量传感器节点通过无线通信组成的量，但传输距离在10In以上时，能量传输效率很低，不适一种网络系统，可广泛应用于军事侦察、安全监测、环境监用于WSNs监测范围广的地方。美国PowerCast公司利用控等领域。由于传感器节点体积

8、小，自身携带的电池无线电主动供能技术研发出了RF能量采集系统J，但在能量有限，不能满足长期工作需要，并且在恶劣或危险的应传输中大量功率以无线电波的方式被浪费掉，效率较低。用环境中很难通过更换电池的方式获取能量，因而，出现了由于激光具有方向性好、能量密度大和传输损耗低等优点，将环境能转换为电能为WSNs供电的自供能技术。适用于无线远距离传输能量。本文提出了针对WSNs的目前，常用的自供能能量源包括太阳能、机械振动能、远距离激光主动供能技术，将