دسته بندی:

برق الکترونیک - Power Electronics

---

سال انتشار:

2018

---

ترجمه فارسی عنوان مقاله:

شبکه‌ی حسگر نوری-الکترونیکی تغذیه‌شده از طریق فیبر نوری برای کاربردهای صنعتی خشن

---

عنوان انگلیسی مقاله:

Opto-Electronic Sensor Network Powered over Fiber for Harsh Industrial Applications

---

منبع:

IEEE Transactions on Industrial Electronics ( Volume: 65, Issue: 2, Feb: 2018)

---

نویسنده:

Christoph Budelmann

---

چکیده انگلیسی:

Smart electronic devices powered and communicating optically over fiber provide several advantages for harsh industrial applications compared to systems using electrical connections. In spite of the advantages such as electro-magnetic immunity and high galvanic isolation, power-over-fiber technologies are still only used for special high-end applications due to their high costs compared to conventional power distribution. The main reason for this is the use of high-power laser diodes and photovoltaic cells for most power-over-fiber systems. Therefore, a new cost-effective power-over-fiber approach has been developed using only single standard LEDs and photodiodes for optical power supply significantly reducing the system’s costs and making it suitable for mass-market applications such as the Internet of Things. In addition, the low optical power density inside the fibers makes the network intrinsically safe even in highly explosive environments. The use of incoherent and visible LED light also eliminates the risk of thermal damage to the human retina to occupational safety standards if a fiber is broken or during hot-plugging. A demonstration system has been built which consists of a base station optically powering up to four electronic sensor nodes. Between the base station and each sensor node, data can be exchanged via a bi-directional 2MBaud optical link. This article briefly explains the history and state of the art of power-over-fiber systems. The technical challenges of development as well as the steps made to build optically-powered low-cost and low-power electronic sensor nodes which overcome the limitations and drawbacks of existing high power solutions are described. Optical, electrical and computational aspects of the new system are elaborated on. In addition, energy measurements and power budget calculations are described to analyze and optimize the sensor nodes’ energy consumption during operation. Finally, the advantages of this new approach are exemplified for smart manufacturing applications.
Index Terms: Energy harvesting | energy management | explosive environments | harsh industrial environments | intrinsic safety | low-cost electronics | low-power electronics | occupational safety | sensor networks | powerover-fiber

---

چکیده فارسی:

ادوات الکترونیکی هوشمند که به شیوه‌ی نوری از طریق فیبر نوری تغذیه و به هم متصل می‌شوند، در مقایسه با سیستم‌هایی که از اتصالات الکتریکی بهره می‌گیرند، چندین مزیت برای کاربردهای صنعتی خشن دارند. با وجود مزایایی همچون ایمنی الکترومغناطیسی و سطح بالای ایزوله‌ شدن گالوانیک، فناوری‌های انتقال توان بر روی فیبر نوری در حال حاضر صرفاً برای کاربردهای خاص سطح بالا استفاده می‌شوند، این به خاطر هزینه‌ی بالای آنها در مقایسه با توزیع سنتی توان است. دلیل اصلی برای این امر، استفاده از دیودهای لیزری و سلول‌های فتوولتائیک برای اکثر سیستم‌های انتقال توان بر روی فیبر است. در نتیجه، یک روش جدید و مقرون به صرفه برای انتقال توان بر روی فیبر با استفاده از تنها LED های استاندارد واحد و دیودهای نوری برای منبع تغذیه‌ی نوری به شیوه‌ای کارآمد، هزینه‌های سیستم را کاهش داده و آن را به انتخابی مناسب برای کاربردهای بازار کلان همچون اینترنت اشیاء تبدیل خواهد نمود. افزون بر این، چگالی پایین توان نوری درون فیبرها، شبکه را ذاتاً حتی در محیط‌های با قابلیت انفجاری شدید، ایمن خواهد ساخت. استفاده از نور LED مرئی و غیرمنسجم، ریسک وارد آمدن آسیب حرارتی به شبکیه‌ی چشم انسان در استانداردهای ایمنی شغلی در صورت شکسته شدن فیبر یا حین Hotplugging را از بین می‌برد. یک سیستم نمونه ساخته شد، این شامل یک ایستگاه پایه است که 4 نقطه‌ی حسگر الکترونیکی را به از طریق نوری تغذیه می‌کند. بین ایستگاه پایه و هر شبکه‌ی حسگر، داده‌ها را می‌توان از طریق یک لینک نوری 2MBaud دوجهته تبادل نمود. این مقاله بطور مختصر تاریخچه و وضعیت کنونی سیستم‌های انتقال توان بر روی فیبر را تشریح می‌کند. چالش‌های فنتی توسعه و نیز مراحل ساخت گره‌های حسگر الکترونیکی کم‌توان و ارزان که به شیوه‎‌ی نوری تغذیه می‌شوند و بر محدودیت‌ها و معایب روش‌های توان بالای موجود غلبه می‌کنند نیز شرح داده شده است. جنبه‌های نوری، الکتریکی و محاسباتی سیستم جدید نیز بیان شده است. افزون بر این، اندازه‌گیری انرژی و محاسبات بودجه‌ی توان نیز جهت تحلیل و بهینه‌سازی مصرف انرژی گره‌های حسگر جین عملکرد ارائه شده است. نهایتاً مزایای این روش جدید برای کاربردها تولیدی هوشمند در قالب یک مثال تبیین می‌شود.
کلیدواژه ها: برداشت انرژی | مدیریت انرژی | محیط‌های انفجاری | محیط‌های صنعتی خشن | ایمنی ذاتی | قطعات الکترونیکی کم‌هزینه | قطعات الکترونیکی کم‌مصرف | ایمنی شغلی | شبکه‌های حسگر | انتقال توان بر روی فیبر

---

---

---

---

حجم فایل: 534 کیلوبایت

---

قیمت: 56160 تومان   

---

توضیحات اضافی:

---

---

---