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DARPA开发近乎0功耗的传感器,打造战场监控“神器”
2016-11-07 12:50:12   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

到2018年,DARPA的目标是实现能够部署的待机功耗近乎为0的传感器网络,研究团队很快发现要实现这个目标必须采用MEMS技术。不仅如此,研究人员还发现了应用MEMS技术的额外优势,而且是之前无法想象的优势。

麦姆斯咨询报道,DARPA(美国国防部先进研究项目管理局)正在为战区用以监控美军行军路线安全性的传感器开发一种新的供能方法。DARPA的官员Troy Olsson在美国佛州奥兰多举办的2016 IEEE传感器论坛(10月30日~11月2日)中的主题发言中,介绍了它们目前正在开发的近乎0功耗的射频技术和传感器工作方式。

到2018年,DARPA的目标是实现能够部署的待机功耗近乎为0的传感器网络,研究团队很快发现要实现这个目标必须采用MEMS技术。不仅如此,研究人员还发现了应用MEMS技术的额外优势,而且是之前无法想象的优势。MEMS技术不仅能够实现近乎为0的待机功耗,MEMS技术通过利用被探测信号本身的能量来为收发器供电,能够实现真正完全的0功耗待机。并且在某些条件下,收发器也可以无需电池供电,通过利用太阳能、振动能量收集器等再生能源,将能源储存在一个超级电容中实现自我供能。

“我们希望能够掌握降低传感器功率包络的方法,这样我们就能利用一颗长时间无需更换的电池来为这些传感器供电,在战区合理的部署这些传感器,” DARPA项目经理Troy Olsson在其题为“目标驱动的持久传感:克服无人值守无线传感器的能源与寿命限制”的主题发言中说道。

DARPA项目经理Troy Olsson

DARPA项目经理Troy Olsson

“现在,我们希望在唤醒更强大的信号处理和收发器之前,利用信号本身来驱动系统运行,” Olsson说。

目前,美国的士兵们常常因为国防部无法在需要的所有场景部署传感器而牺牲。例如,在美军参战的海外地区,沿路如果有供电线路,美国国防部就能利用这些供电线路每隔几码部署一个传感器,来监测是否有恐怖分子挖掘道路安装简易爆炸装置。事实上,目前部署的所有传感器都需要电池来供电,所以即便是部署了大型传感器网络,也会因为电池的更换需要,而将美军暴露于危险境地。

一种广泛部署的MEMS麦克风传感器网络,0待机功耗的MEMS麦克风在探测到汽车噪音时,会被唤醒并传输有汽车通过的信号

一种广泛部署的MEMS麦克风传感器网络,0待机功耗的MEMS麦克风在探测到汽车噪音时,会被唤醒并传输有汽车通过的信号

“在战时,我们不能因为传感器要更换电池而将士兵置于危险之中,” Olsson表示。

应用无人值守0待机功耗传感器、通信节点和物联网设备执行周边环境监测、重要设施保护和战况监测

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DARPA近乎0功耗传感器计划将利用MEMS和微电子技术来制造超小型传感器。根据传感器的复杂程度以及与最近的高功率射频中继器的距离,一些传感器将由无人机撒落部署在整个战区,利用能量收集来实现持久的实时的环境态势感知。其它一些复杂的板载传感器阵列,可以使用纽扣电池、3A电池甚至2A电池来供电,用来向总部传输完整的视频、音频、地表振动甚至雷达信号,并且长达10年都无需更换电池。

0功耗MEMS唤醒传感器仅在绝缘体上硅薄膜晶圆上应用了五层掩模

0功耗MEMS唤醒传感器仅在绝缘体上硅薄膜晶圆上应用了五层掩模

DARPA近乎0功耗传感器计划的研究人员发现,MEMS传感器通过利用其内部微型机械部件的运动来收集信号能量。由此,MEMS子系统能够受激产生1亚伏的电子,在无需唤醒射频收发器之前,就能处理信号,并判断是否为误报。收发器只需要发送一串低功耗的“蜂鸣”信号来识别其发现物,而无需发送消耗大量能量的原始数据。

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