无线电能传输技术是指通过无线方式实现能量的传递,与传统的有线电力传输不同,它能够实现电源与用电设备之间的电气隔离,从而避免了输电导线带来的限制和安全隐患。无线电能传输技术自19世纪末尼古拉·特斯拉提出利用电磁波传输能量的想法以来,经过长期的研究发展,已经衍生出多种不同的传输方式。这些方式包括无线电波式、超声波式、微波式、激光式等,每种方式各有特点和应用领域。其中,无线电波式虽然传输距离远,但由于磁通向全方位空间辐射,接收功率低,实用性受限;超声波式方向性强,但空气中传播效率低;微波式穿透能力强,传输距离远,但定向性差,传输效率低,且对通信有干扰;激光式定向性好,能量高,传输距离远,不会干扰通信,但易受障碍物影响。
微型传感器是尺寸从微米级到毫米级甚至达到纳米级的微型器件,它们将微型敏感元件、信号收集器件、数据处理系统集成在一块芯片上,可独立工作或协同工作,并能实现异地联网。随着微电子加工技术的发展,这些体积小、功耗低、功能丰富的微型器件应用范围不断拓展,随之而来的能量供应问题也日益凸显。传统的电池供电方式受限于电池寿命、更换困难、环境污染等问题,因此无线电能传输技术在微型传感器领域的应用备受关注。
谐振耦合式无线电能传输是基于两个具有相同谐振频率的线圈之间的共振来实现能量传递。相较于传统的电磁感应式无线电能传输,谐振耦合式无线电能传输在传输距离上有了显著提升,这得益于其在特定条件下较低的耦合系数和较高的品质因数。谐振耦合式无线电能传输的特点是能够实现较远距离的能量传输,传输效率和输出功率也有了相应的提高。2007年MIT的研究小组首次验证了该传输方式,并且通过自调谐技术的应用,该技术在传输距离和方位变化时仍能维持较好的接收效率。
谐振耦合式无线电能传输技术在微型传感器能量供应方面的应用,可以解决传感器网络和微型植入式医疗设备电池供电带来的诸多不便,具有广阔的应用前景。然而,这项技术在应用于微型传感器时也面临一些局限,比如能量传输效率、传输距离以及系统的稳定性和可靠性等问题,有待进一步研究和解决。当前,商品化阶段的无线电能技术主要包括电磁感应式和谐振耦合式,后者在传输距离方面的优势使其成为研究热点。
总体来说,谐振耦合式无线电能传输为微型传感器的供电提供了一种新的解决方案,它不仅能够克服传统电池供电方式的不足,而且由于其在空间布局、能量传输效率等方面的灵活性和优势,为微型传感器在多种环境中的稳定运行提供了可能。未来,随着相关技术的进一步发展和成熟,谐振耦合式无线电能传输有望在微型传感器供电领域发挥更加重要的作用。