Publication

A Sub 100 µW UWB Sensor-Node Powered by a Piezoelectric Vibration Harvester

2012
Conference Papers

Résumé

Piezoelectric harvesters are considered an alternative power source for applications that can support low to medium data rate transmissions in wireless sensor networks where ambient vibrations can provide microwatts to milliwatts of power. In this paper, we report the design and performance of a proof-of-concept (POC) autonomous sensor-node prototype including: an in-house piezoelectric harvester; a power management unit (PMU) made of discrete components; and an in-house ultra-wide band impulse radio (UWB-IR) transmitter. The piezoelectric harvester provides 54 mu W at 3.3V(rms) at 450 milli-g and resonant frequency of 160 Hz. In these conditions, it was observed that the sensor node is capable of sending 1 burst of 100 pulses every 110 seconds consuming an average of 8.2 mu W, which is much less than the generated energy. The POC sensor node using kinetics energy harvester shows energy autonomy, thus opening range of possibilities for sub 100 mu W energy harvesting wireless sensor nodes.

Source officielle

https://infoscience.epfl.ch/entities/publication/74167f68-bb7c-45a0-a6b7-6021403747dd

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Réseau de capteurs sans fil

Un réseau de capteurs sans fil est un réseau ad hoc d'un grand nombre de nœuds, qui sont des micro-capteurs capables de recueillir et de transmettre des données d'une manière autonome. La position de ces nœuds n'est pas obligatoirement prédéterminée. Ils peuvent être aléatoirement répartis dans une zone géographique, intitulée « champ de captage » correspondant au terrain concerné pour le phénomène capté. En plus d'applications civiles, il existe des applications militaires aux réseaux de capteurs (détection d'intrusions, localisation de combattants, véhicules, armes, etc.

Piézoélectricité

La piézoélectricité (du grec πιέζειν, piézein, presser, appuyer) est la propriété que possèdent certains matériaux de se polariser électriquement sous l’action d’une contrainte mécanique et réciproquement de se déformer lorsqu’on leur applique un champ électrique. Les deux effets sont indissociables. Le premier est appelé effet piézoélectrique direct ; le second effet piézoélectrique inverse. Cette propriété trouve un très grand nombre d’applications dans l’industrie et la vie quotidienne.

Ferroélectricité

On appelle ferroélectricité la propriété selon laquelle un matériau possède une polarisation électrique à l'état spontané, polarisation qui peut être renversée par l'application d'un champ électrique extérieur. La signature d'un matériau ferroélectrique est le cycle d'hystérésis de la polarisation en fonction du champ électrique appliqué. Le préfixe ferro- fut emprunté au ferromagnétisme par analogie.

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