隨著無線網(wǎng)絡和遠程設備的使用日漸普及，無需連線的電能供給成為一種新的需求。 在傳統(tǒng)的使用硬接線連接設備的時代，為各獨立設備供電并不是什么大問題，它既能通過主電源經(jīng)轉送器實現(xiàn)，又可以在現(xiàn)場總線連接中提供足夠的電流。唯一會擔心遠程設備電能供應問題的僅僅是那些類似油井的分散設備。只要有人定期看護，這種機械式的供電方式就能滿足大部分設備的需要。 　　 但現(xiàn)在，這種情況正在被改變。一些工廠放滿了“遠程”設備，形成一些設備密集度極高的區(qū)域。這些遠程無線設備使用數(shù)量的增加大大提升了不依靠總電源、現(xiàn)場總線或不間斷電源的獨立供電的必要性。由于無線設備的一個突出賣點就是排除了電線費用的支出，因此供需雙方都在尋找與過去不同的供電方式。 　　 在許多方面，無線技術和獨立電源的發(fā)展取得了同步的進展。無線設備廠商意識到某些類型的設備比其他設備更易實現(xiàn)這一改變。正因為如此，微動力儀器設備，如溫度傳感器在早期是配合無線發(fā)射機同時使用的。如果每個利用了無線通訊技術的設備都要連接一根電源線，那所謂的無線的優(yōu)勢就被大大降低了。但即使這樣，在很多工廠里，比起給遠程I/O點提供信號電纜，提供交流120V的電源線只是一件小事。這種想法就是由現(xiàn)場的有源路由器構成無線網(wǎng)格狀網(wǎng)絡的由來。 [align=center] 當鐵路周圍的布線不方便時，就要依靠太陽能設備。鐵路的傳感器和信號 設備由一個1.4kwKyocera 的太陽能模塊供電，這要比其他所有的方法都便宜。[/align] 儀器設備的變革 　　 供電的方式發(fā)生改變的同時，儀器設備和無線發(fā)送設備的發(fā)展正在發(fā)生更基礎層面的變化。這些設備的設計者們，進行了一番重新思考后，找到了能更有效利用電能的方法。 　　 在使用主電源供電的硬接線系統(tǒng)中，通過直接連接的I/O電纜或現(xiàn)場總線，儀器設備間可以實現(xiàn)連續(xù)通訊。無論是流量、壓力或者其他變量，數(shù)據(jù)的給出和傳輸從不中斷。但是如果采用電池供電，標準的4-20mA信號會消耗電量相當驚人，一個不間斷的20mA的信號會在數(shù)天內用光大量的電池。但是，如果允許對某個信號進行間斷性采集，該儀器就會間歇性地工作，從而節(jié)約了電能。這種間歇性通信方式已經(jīng)成為了正迅速崛起的實用無線網(wǎng)絡技術的關鍵原則之一。 　　 一些比較重要的過程變量必須實現(xiàn)實時監(jiān)控，而且這些變量應該使用硬接線方式。而其他的信號往往只需要每過一段時間檢測一次，這個時間可以是幾秒、一分鐘、一小時或者更長。如果一臺儀器設備可以自動激活、讀取數(shù)據(jù)、傳送數(shù)據(jù)、回到休眠狀態(tài)直到它下一小時重復這一流程，那么比起連續(xù)操作，這樣可以節(jié)省99%的電能消耗。這樣的一臺儀器，只要使用目前的設計并配備合適的電池，可以持續(xù)工作20年而無需維護。 　　 “無線通信儀器設備的供電已經(jīng)成為一個重要的議題，”Dust Networks的市場副總監(jiān)Rob Conant說，“它為傳感器的設計提供了一個全新的思路?！盌ust Networks在工業(yè)測量儀表儀器方面上取得了重大的突破，發(fā)明了一種非常高效的通信技術。它內含的無線通信器可以在10毫秒內實現(xiàn)激活、上載變量、傳送變量、關閉這一完整的工作流程。而其相應的接收器會自動地同步激活，并接收信號。在正常的工作循環(huán)中，該設備每10秒更新一次數(shù)據(jù)，而其余的99.9%的時間處于休眠狀態(tài)。這種高效地使用電能的工作方式使獨立供電成為了現(xiàn)實。 外部電源 　　 另一種可選的供電方式也同樣符合無需維護的要求。如果要每個月或每年更新一次電池，那么在通常情況下，這種儀器是不被考慮的。因為工廠的操作員們不愿意時刻關注著這些儀器設備，所以，相應的電池壽命至少應該可以以年計。當可充電電池在便攜式電腦和混和式汽車上的應用得到了廣泛的關注的同時，一次性電池的技術發(fā)展也取得了相應的改進。標準的堿性電池（堿性二氧化錳類）能滿足大多數(shù)手電和移動電子產品的消費者的需求，但是還遠未達到工業(yè)儀器設備的要求。 　　 電池失效是由于以下兩方面的原因：一、它們始終處于放電的狀態(tài)，這意味著即使不使用，它們也會逐漸地失效。廠商設計時知道它們的使用時限，因此在絕大部分電池包裝上會有“在……之前使用”的日期說明。不同類型電池的可使用時間是千差萬別的，通常電池內部的化學組成越復雜，可使用的時間就越長。二、當它們的電量被用光時，電池就失效了。一些廉價的電池會隨著電量的消耗逐步降低輸出電壓，而質量較好的電池則能在它們電量耗盡之前維持不變的輸出電壓，隨后快速下降為零。 　　 由于其高儲電容量和長壽命周期，鋰電池被大量應用在工業(yè)儀器儀表領域。它種類眾多，適用廣泛。在便利店隨處可見的鋰-二氧化錳電池在數(shù)碼相機領域的表現(xiàn)遠優(yōu)于它們的競爭對手堿性電池，但是它也只是初級的鋰電池產品。鋰亞硫酰氯電池（Li/SOCl12）是一種已被廣泛應用于無線設備上的電池。它的名稱僅僅描述了其基本的化學組成,而根據(jù)不同的配置方法改變其內部化學結構，會生產出各具特色的產品。其中最常見的方式是線軸式，可實現(xiàn)交替反應的發(fā)電組合。 　　 鋰亞硫酰氯電池的功能十分強大。相對于堿性電池能提供的最大輸出電壓1.5V，鋰電池能提供3.6V的輸出電壓，并能維持電壓不變直到電量耗盡臨界點；它能在-55到150℃ （-67到302°F）溫度下工作；并且每年其自身放電損耗率低于1%，理論使用壽命可達20年以上。 　　 一款電池真的能工作20年？Tadiran Batteries的副總裁兼總經(jīng)理Sol Jacobs的答案是：“是的！據(jù)我們所知，有些水位測量設備使用這種類型的電池已經(jīng)23年了，而且可以肯定的是，我們20年前制造的電池的性能遠不如我們今天的產品?！? 當然，任何的電池都是極限的，因此重要的是要根據(jù)實際應用選擇相匹配的電池。由于電池的輸出功率與它的壽命具有一定的線性關系，根據(jù)它的負載就可以預知它的大致壽命，由此可以精確地選擇能達到所期望使用期限的電池。當然，如果應用情況發(fā)生了改變，這樣簡單的計算數(shù)據(jù)就不能完全反映問題了。例如，將設計為每小時發(fā)送數(shù)據(jù)一次的無線溫度傳感器的實際使用設定改為每分鐘發(fā)送兩次數(shù)據(jù)時，電池的壽命就會按比例相應減少。 儀器設備間歇性地工作，只在需要時才處于啟動，這樣可以最大限度地減少電能的消耗，Dust Networks在發(fā)送器和接收器上都采用這種工作方式，以便于兩個設備可以同步工作，同步休眠。這個圖解闡明了傳感器做為節(jié)點與中間節(jié)點進入網(wǎng)關信號之間的交叉作用，這個中間節(jié)點將消耗更多的能量，因為它要同時完成接收和發(fā)送的任務，但這也減少了花費在傳輸中的時間。 太陽能收集器 　　 光電轉換面板已經(jīng)問世十幾年了，并已經(jīng)成為大多數(shù)地理位置適宜的野外設備的首選電源。它的表現(xiàn)取決于太陽光的強弱，因此在某些特定地區(qū)使用效果會好于其他地區(qū)。面板廠商通過對各地區(qū)典型氣候和日照的研究，用代表當?shù)刈钊跞照粘潭鹊亩旧巾斎照招r為單位，對各個地區(qū)進行了標記。 　　 光電轉換面板有著各種各樣的形狀和尺寸，有多樣化的技術實現(xiàn)方法，也有眾多廠商提供的不同品牌。光電轉換效率在4-24%之間，相應地，其價格也隨著效率變化。大多數(shù)價格較具競爭力的光電轉換技術所能達到的效率在15%左右。面板可以連接起來以達到所需的各種電壓和電流。在陽光照射充足的條件下，光電轉換面板可以提供每平方英尺12W的功率，但由于實際輸出是由陽光的照射情況決定的，在實際應用中想單憑經(jīng)驗來決定所需裝置的尺寸是很困難的。 　　 對于遠程儀器設備，電源系統(tǒng)的標準配置是光電轉換面板，附帶能夠調節(jié)電池組貯能量的控制器。設備和信號發(fā)射器的電源是由電池組而不是原電池直接提供。面板和電池組的尺寸和輸出應該能夠提供持續(xù)恒定的功率輸出，即使在外部天氣惡劣或者雪天的情況下也不間斷，因此配置要求相同的光電轉換系統(tǒng)在菲尼克斯可以比在西雅圖的采用更小的面板和更少的電池。 [align=center] Solar locating guides 可以幫助我們根據(jù)平均“日照時間”或者在那些 每平方米面板至少能轉化1 千瓦的情況下的每天日照小時數(shù)計算出所 能獲得的能量。上圖顯示了歷史上夏季月份的氣候數(shù)據(jù)。[/align] “我們是按照最差月份的最差天氣情況設計的系統(tǒng)，因此其他的任何天氣情況都是沒問題的?！盞yocera Solar的工業(yè)產品銷售經(jīng)理Rich Griswold說“如果電池電量被充滿，調節(jié)器會將多余的能量返還到面板上，通過熱能的形式散發(fā)掉。”設備廠商提供預裝的系統(tǒng)以適應特定的地點和應用情況，以避免不必要的變動。 　　 光電轉換技術尤其適用于那些可共用電源且消耗量較大的儀器設備組。光電池的容量大，雖然價格略高，需要偶爾的低水平維護和妥善的保護，但是通?？沙掷m(xù)使用數(shù)十年，如果使用在合適的場所，可以很容易地收回成本。 電能提取 　　 關于從周遭環(huán)境中提取能量的研究，比如將振動和熱量轉化為電能，已經(jīng)持續(xù)進行了一段時間，其實踐性也日益加強。例如,一個靠近壓縮機的儀器，能夠通過一臺微型發(fā)電機把壓縮機的振動轉化為電能來給自己足夠提供的工作電源。 　　 Perpetuum Ltd是一家正大力發(fā)展此項技術并開始實際生產這類產品的公司，它的PMG7振動微型發(fā)電機已經(jīng)上市，其后續(xù)產品也已準備推出。這種發(fā)電機發(fā)電量并不大，其輸出電壓與前文所提到的鋰電池比較接近，為3.4V左右，因此，它們的適用領域也比較類似。其電流輸出可以達到1.2mA, 正好可以給電容器充電，以滿足儀器啟動所需的更大的電流要求。 　　 微型發(fā)電機能在特定的頻率下獲得最佳的工作效果，因此電機通常被調整為只對在工業(yè)領域廣泛使用的60HZ同步感應電機所產生的振動有感應的模式。當安裝調試時，它能被調整到在當前環(huán)境下所能達到的最大輸出。此類設備體積很?。ù笾律现挥蠧型電池的一半大?。?可以安裝在任何位置，且無需維護。但是它們的動力來源于源設備的運行，因此如果主壓縮機或者其他主設備停止運行，它們的電能隨之消失。 　　 這種技術的成功與否取決于其可靠性和性價比。運用現(xiàn)在的技術，微型發(fā)電機可以通過一顆D型鋰亞硫酰氯電池使輸出的電量加倍。若加上0.5mA的連續(xù)負載，相同的適宜條件下，電池能夠持續(xù)工作達30,000小時，電力采集機將面臨這項技術的挑戰(zhàn)。 　　 盡管無線電能傳輸技術正處于實驗室研究階段, 但它可能是自給自足型無線儀表儀器新的發(fā)展趨勢，而這必然會促使設計者們提高效率，創(chuàng)造新的方法使數(shù)據(jù)的采集和通信消耗更少的電能。研究還剛剛開始，敬請期待更多的新技術新產品吧！