无线功率传输取代了 IIoT 传感器网络电缆

建立工业物联网 (IIoT) 传感器网络需要附加成本，其中 60% 以上的成本与布线和安装有关。虽然无线数据传输有助于消除一些布线，但通过添加无线电力传输技术可以避免更多布线。初创公司 TransferFi 正在为 50 米（约 165 英尺）距离的工业物联网传感器网络开发新的无线充电解决方案。

无线技术众所周知，但发射器的设计、发射器的位置、化效率的可能性以及验证整个系统的行为代表着复杂的挑战，需要使用复杂的工程解决方案。不可避免的布线成本不仅增加了工业物联网和工业 4.0 的障碍，也增加了智能电网和智慧城市的障碍。大规模传感器安装需要复杂的布线基础设施，成本高昂且安装时间较长。

TransferFi 开发了 TFi Turin-1 无线电源网络 (WPN) 平台，该平台可以实现可靠的实施，以有限的循环时间替代电源线或电池。

TransferFi 联合创始人兼执行官 Aashish Mehta 表示：“我们的 TFi WPN IIoT 系统级架构专为工业物联网应用而设计，这些应用确实需要容纳多个目标的远程无线充电网络。” “我们使用射频，因为它更适合远场/长距离应用。所有这一切都可以通过 Turin 平台实现商业化，因为它可以自动化远场无线充电网络的实际使用和部署。”

无线功率传输

无线功率传输 (WPT) 技术分为两大类：近场和远场。它们各有优点和缺点。

近场非辐射技术适合通过线圈之间的电感耦合磁场或通过金属电极之间的电容耦合电场短距离传输能量。电感耦合是当今使用广泛的无线技术。

远场辐射场技术（也称为功率发射）包括通过电磁辐射（例如微波或激光束）传输功率。这些技术可以将能量传输到更远的距离，但必须针对接收器。波束形成技术用于改善波束的聚焦。

通过专用射频 (RF) 传输的 WPT 在物联网应用中越来越受欢迎。波束成形是 WPT 技术的圣杯，因为它可以向接收器传送更高的信号质量，而无需增加传输功率。为了获得足够的波束，发射机必须配备大量天线，用于自适应波束形成并控制波束能量聚焦的方向。

无线电源传输框图（图片TransferFi）

TFi Turin 1

TransferFi 创建了一个自动校准系统，可根据接收器目标的位置和应用负载优化定位、分时和信号。

当前平台由 TFi 网关和带有各种传感器的 TFi Sense 单元组成。TFi 网关使用远场射频无线功率传输来为 TFi Sense 设备供电并进行数据通信，范围远可达 50 米。

“我们创建了波束成形和信号优化算法，将波束聚焦到目标设备，”梅塔说。“我们研究了整体系统级架构，并使用优化传输和接收端的算法。我们的主要集中在以下领域：优化以获得更好的射频到直流转换和的波束形成角度；使用TFi一键校准和分时软件缩短部署时间；并通过 16 通道 TFi 网关增强光束聚焦。”

波束成形是将无线信号引导至特定接收设备而不是向其他方向传播信号的过程。与避免使用波束成形技术相比，由此产生的更直接的连接更快、更可靠。近年来，由于 5G 的普及，波束成形技术不断发展。

实现此目的的一种技术涉及使用多个靠近的天线，所有天线在略有不同的时间传输相同的信号。重叠的波会产生干扰，这些干扰在某些区域是建设性的（使信号更强），而在其他区域是破坏性的（使信号变弱或无法检测到）。如果操作正确，该波束形成过程可以将信号引导至您想要的位置。

波束成形可提高效率（图片TransferFi）

当前用于工业物联网的 TFi 系统（图片：TransferFi）

该技术不仅聚焦光束比向各个方向发射光束更有效，而且还可以减少那些试图拦截其他信号的人所受到的干扰。限制可能在于执行复杂计算任务以实现效率的计算资源。但硬件和软件资源的不断改进可以弥补这些限制。

“总的来说，Turin 平台的设计与硬件和应用程序无关，因此它可以用于任何具有合适类型硬件的应用程序，”Mehta 说。“当前发布的产品 TFi WPN IIoT 面向状态监测、智能楼宇自动化和环境传感热图（用于服务器机房和冷藏室）。我们正在与工业自动化、半导体、物流和汽车领域的跨国公司合作。”

工业 4.0、智能建筑和智能电网等未来工业概念需要大规模传感器部署，这需要复杂的布线基础设施，部署时间长，并且会因昂贵的停机时间而损害业务。在当前的有线传感器部署中，大部分部署时间都浪费在安装和布线上，这消耗了传感器总体部署预算的 60% 以上。TFi WPN 平台提供非侵入式传感器部署，降低了布线基础设施的复杂性。