Wetenschap
Nieuwe windsnelheidssensor gebruikt minimaal vermogen voor geavanceerde weerregistratie
Onderzoekers hebben een baanbrekende wind-wake-anemometer (B-WA) onthuld, die gebruik maakt van een tribo-elektrische nanogenerator (RB-TENG) die een nieuwe strategie biedt voor milieumonitoring met een laag energieverbruik. Het vermogen van de B-WA om autonoom en efficiënt te opereren in wisselende windomstandigheden markeert een substantiële vooruitgang op het gebied van duurzame milieumonitoring.
Anemometers zijn cruciale hulpmiddelen voor het verzamelen van meteorologische gegevens, essentieel voor nauwkeurige weersvoorspellingen en omgevingsmonitoring. Traditionele anemometers worden vaak geconfronteerd met uitdagingen die verband houden met hoge onderhouds- en operationele kosten, voornamelijk vanwege hun hoge energieverbruik in rusttoestand en hun afhankelijkheid van batterijvermogen. Deze uitdagingen zijn vooral acuut op afgelegen locaties waar het vervangen van batterijen of het repareren van apparatuur moeilijk en duur is.
De introductie van zelfontwakende anemometers met een laag vermogen kan de omgevingsmonitoring transformeren door langere inzetperioden mogelijk te maken, de onderhoudsfrequentie te verminderen en de betrouwbaarheid van de gegevensverzameling in deze kritieke maar moeilijk bereikbare gebieden te vergroten.
Een nieuwe studie gepubliceerd in Microsystems &Nanoengineering door een team van het Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems beschrijft een Breeze Wake-up Anemometer (B-WA) die is ontworpen om de mogelijkheden voor weersmonitoring op afstand dramatisch te verbeteren.
De nieuw ontwikkelde B-WA integreert de volgende belangrijke componenten:twee wentellager tribo-elektrische nanogeneratoren (RB-TENG's), een zelfontwakende module (SWM) en een signaalverwerkingsmodule (SPM). B-WA kan in een rusttoestand van bijna nul blijven totdat het wordt geactiveerd door windsnelheden van meer dan 2 m/s. De RB-TENG is ontworpen om stroom te genereren uit de beweging van wentellagers, die wordt gebruikt om het apparaat uit de energiezuinige toestand te halen.
Bij activering kan de SWM het hele systeem binnen slechts 0,96 seconden wekken, waardoor realtime windsnelheidsmetingen mogelijk zijn. Tegelijkertijd verwerkt de SPM de frequentie van de signalen gegenereerd door de RB-TENG om de windsnelheid nauwkeurig te monitoren met een gevoeligheid van 9,45 Hz/(m/s), waardoor nauwkeurige en betrouwbare gegevensverzameling wordt gegarandeerd.
Prof. Chi Zhang, de hoofdwetenschapper van het project, verklaarde:"Dit apparaat verlegt niet alleen de grenzen van de nanotechnologie, maar biedt ook een duurzame oplossing voor de mondiale uitdagingen op het gebied van weermonitoring. Het lage energieverbruik en de hoge gevoeligheid ervan zijn cruciaal voor de toekomst van omgevingswaarneming. ."
Deze technologie is van cruciaal belang voor gebieden als landbouwplanning en de preventie van natuurrampen, waar nauwkeurige en tijdige weersinformatie een aanzienlijke invloed kan hebben op de besluitvorming en de operationele veiligheid. Het robuuste en onderhoudsarme ontwerp van de B-WA maakt hem ideaal voor integratie in Internet of Things (IoT)-netwerken, waardoor de gedistribueerde milieumonitoring in verschillende sectoren wordt verbeterd.