Forskare har avslöjat en banbrytande vindvakningsanemometer (B-WA), som använder en triboelektrisk nanogenerator med rullande lager (RB-TENG) som ger en ny strategi för miljöövervakning med låg energiförbrukning. B-WA:s förmåga att arbeta autonomt och effektivt under varierande vindförhållanden markerar ett betydande framsteg inom området för hållbar miljöövervakning.
Vindmätare är avgörande verktyg för att samla in meteorologiska data, avgörande för korrekt väderprognos och miljöövervakning. Traditionella vindmätare möter ofta utmaningar relaterade till höga underhålls- och driftskostnader, främst på grund av deras höga strömförbrukning och beroende av batterikraft. Dessa utmaningar är särskilt akuta på avlägsna platser där det är svårt och dyrt att byta batterier eller reparera utrustning.
Införandet av självuppvaknande vindmätare med låg effekt kan förändra miljöövervakning genom att möjliggöra längre driftperioder, minska underhållsfrekvensen och förbättra tillförlitligheten för datainsamling i dessa kritiska men svåråtkomliga områden.
En ny studie publicerad i Microsystems &Nanoengineering av ett team från Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems beskriver en Breeze Wake-up Anemometer (B-WA) utformad för att dramatiskt förbättra förmågan till fjärrövervakning av väderlek.
Den nyutvecklade B-WA integrerar följande nyckelkomponenter:två triboelektriska nanogeneratorer med rullande lager (RB-TENG), en självuppvaknande modul (SWM) och en signalbehandlingsmodul (SPM). B-WA kan förbli i ett viloläge nära noll tills den aktiveras av vindhastigheter över 2 m/s. RB-TENG är konstruerad för att generera kraft från rörelsen hos rullande lager, som används för att väcka enheten från dess lågeffekttillstånd.
Vid aktivering kan SWM väcka hela systemet inom bara 0,96 sekunder, vilket möjliggör vindhastighetsmätning i realtid. Samtidigt bearbetar SPM frekvensen av signalerna som genereras av RB-TENG för att noggrant övervaka vindhastigheten med en känslighet på 9,45 Hz/(m/s), vilket säkerställer exakt och tillförlitlig datainsamling.
Prof. Chi Zhang, projektets ledande forskare, sa:"Denna enhet tänjer inte bara på gränserna för nanoteknik utan erbjuder också en hållbar lösning på globala väderövervakningsutmaningar. Dess lågenergibehov och höga känslighet är avgörande för framtidens miljöavkänning ."
Denna teknik är avgörande för områden som jordbruksplanering och förebyggande av naturkatastrofer, där korrekt och aktuell väderinformation kan avsevärt påverka beslutsfattande och driftsäkerhet. B-WA:s robusta design med lågt underhåll gör den idealisk för att integrera i Internet of Things (IoT)-nätverk, vilket förbättrar distribuerad miljöövervakning över olika sektorer.
Mer information: Xianpeng Fu et al, En nästan noll vilande kraftvindsvindmätare baserad på en triboelektrisk nanogenerator med rullande lager, Microsystems &Nanoengineering (2024). DOI:10.1038/s41378-024-00676-7
Journalinformation: Mikrosystem och nanoteknik
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
