Pemantauan wayarles menjadikan infrastruktur jalan raya lebih selamat

Program Tanggungjawab Sosial Korporat (CSR) ISN - Sukan Komuniti, Parlimen Titiwangsa (Julai 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Kuasa bateri merupakan ramuan penting untuk memastikan teknologi sensor wayarles jarak jauh berfungsi untuk keselamatan jambatan dan terowong.

Oleh SOL JACOBS,
VP dan Pengurus Besar,
Bateri Tadiran,
www.tadiranbat.com

Jambatan, terowong, dan infrastruktur kereta api Amerika tidak lama lagi akan mengalami peningkatan yang sangat diperlukan dengan dana baru $ 325 bilion dalam pembiayaan persekutuan. Sensor tanpa wayar jauh akan memainkan peranan penting dalam usaha pemulihan ini dengan mengenal pasti keadaan yang berbahaya dan dengan memantau status infrastruktur kritikal.

Kongres Amerika Syarikat baru-baru ini meluluskan sebuah Akta Pendanaan Lebuhraya dan Pengangkutan utama yang memberi kebenaran kira-kira $ 325 bilion dalam pembiayaan untuk projek pembinaan dan pembaikan utama yang diperlukan untuk memperbaiki infrastruktur negara kita yang semakin merosot.

Menurut Persatuan Kejuruteraan Awam Amerika (ASCE), kerja ini sangat diperlukan kerana hampir sembilan sepuluh jambatan negara kita dianggap kurang berstruktur. Grid elektrik elektrik soket Amerika adalah keprihatinan yang sama, memandangkan rangkaian anti-talian penghantaran, pencawang, dan transformasi ini telah lama tidak terbukti selama bertahun-tahun, sementara permintaan tenaga terus menimbulkan tekanan yang semakin meningkat di grid elektrik negara, yang menimbulkan ancaman kepada keselamatan ekonomi negara kita.

Teknologi wayarles jarak jauh yang berkuasa bateri akan memainkan peranan utama dalam banyak projek pembinaan jambatan dan terowong dengan memberikan wawasan yang berharga mengenai status sebenar infrastruktur kritikal ini. Keperluan untuk pengawasan tanpa wayar yang lebih ketat ditekankan oleh kejatuhan tragis jambatan I-35W di Minneapolis, MN pada tahun 2007, yang menewaskan 13 orang, mencederakan 145 lagi, dan mengganggu perjalanan di seluruh rantau ini. Sensor tanpa wayar jauh boleh membantu mengelakkan tragedi yang serupa dengan menyediakan data yang memberi amaran kepada kerosakan struktur yang mungkin disebabkan oleh suhu, kelembapan, ketegangan, atau ubah bentuk tekanan.

Sensor tanpa wayar jauh menyediakan penyelesaian yang sangat kos efektif dengan menghapuskan perbelanjaan mahal peranti pendawaian keras ke grid kuasa elektrik, yang boleh menelan kos sebanyak $ 100 setiap kaki linear. Keratan rentan juga memperkenalkan perbelanjaan yang tidak menentu yang berkaitan dengan permit dan peraturan, yang boleh menjadi sangat bermasalah di lokasi-lokasi sensitif alam sekitar.

Sensor wayarles jarak jauh yang berkuasa bateri juga meningkatkan keselamatan pekerja dengan menghilangkan keperluan untuk memanfaatkan khas dan perancah yang diperlukan untuk mencapai lokasi sukar akses, kerana perbelanjaan yang berkaitan dengan kerja penyelenggaraan berisiko tinggi jauh melebihi kos bateri itu sendiri.

Bateri litium utama

Sebilangan besar alat wayarles jauh dikuasakan oleh bateri lithium thionyl chloride (LiSOCl 2 ) jenis bobbin, yang sangat sesuai untuk aplikasi jangka hayat yang menggambarkan arus harian purata yang rendah. LiSOCl 2 kimia menawarkan kapasiti tinggi, ketumpatan tenaga yang tinggi, dan julat suhu yang dilanjutkan -55 ° hingga + 85 ° C.

LiSOCl 2 jenis bateri juga memberikan jangka hayat bateri yang panjang dan menyampaikan kadar pelepasan diri kurang dari 1% setahun, dengan itu membenarkan hayat operasi 40 tahun pada bateri tunggal. Walau bagaimanapun, jangka hayat sedemikian bukan kepastian yang pasti, kerana gred yang lebih rendah LiSOCL 2 bateri boleh mempunyai kadar pelepasan diri tahunan setinggi 3%, sekali gus mengurangkan jangka hayat operasi hingga 10 tahun, dengan ketara meningkatkan jumlah kos pemilikan . Pelepasan diri yang tinggi boleh disebabkan oleh penggunaan kualiti bahan mentah yang lebih rendah atau dengan proses yang digunakan untuk menghasilkan sel.

Comms wayarles maju memerlukan denyutan tinggi

Standard bobbin jenis LiSOCl 2 bateri direka untuk aplikasi kadar rendah dan tidak dapat memberikan denyut tinggi yang diperlukan untuk menggerakkan komunikasi dua hala maju dan / atau keupayaan menutup jarak jauh. Akibatnya, bateri ini perlu dimodifikasi dengan menggabungkannya dengan kapasitor lapisan hibrid (HLC). Bateri LiSOCl 2 standard menyampaikan arus latar belakang berterusan yang rendah yang diperlukan untuk jangka hayat, sementara HLC bertindak seperti bateri yang boleh dicas semula untuk menyampaikan denyutan tinggi yang diperlukan untuk memulakan soal siasat dan penghantaran data.

Supercapacitors juga boleh digunakan untuk menghantar denyutan yang tinggi, tetapi tidak disyorkan secara umumnya untuk aplikasi gred industri disebabkan oleh batasannya yang melekat, termasuk kadar pelepasan diri yang tinggi (sehingga 60% setahun) dan julat suhu yang terhad (yang melarang mereka gunakan dalam persekitaran yang melampau). Satu supercapacitor yang terdiri daripada dua 2.5 V kapasitor juga memerlukan litar mengimbangi, yang menambah pelepasan diri dan perbelanjaan.

Berikut adalah dua contoh kehidupan sebenar menggunakan jenis LiSOCl 2 bobbin jenis untuk memantau peranti pemantauan infrastruktur wayarles jauh:

Mengawal titik tekanan pada jambatan

Sensor wayarles SenSpot, yang dihasilkan oleh Resensys, mengumpul dan menghantar data penting yang memantau tekanan, kecondongan, dan keadaan lain yang boleh menjejaskan keselamatan jambatan. Sensor SenSpot memerlukan bekalan kuasa yang kuat yang dapat memberikan pulsa yang tinggi untuk menyokong komunikasi tanpa wayar yang maju sementara juga menawarkan fleksibiliti yang luar biasa (kerana tidak ada dua jambatan yang sama). Kebolehpercayaan jangka panjang juga menjadi kebimbangan, kerana komponen struktur utama jambatan sering tidak boleh diakses, menjadikannya mahal untuk mengakses dan menggantikan bateri. Jenis LiSOCl 2 jenis Bobbin membolehkan penderia wayarles SenSpot untuk beroperasi bebas selama beberapa dekad untuk meningkatkan keselamatan infrastruktur jambatan kritikal.

Rajah 1: Sensor tanpa wayar SenSpot oleh Resensys, mengumpul dan menghantar data penting yang memantau tekanan, dan kecondongan. Operasi jangka panjang dan kebolehpercayaan bateri adalah kebimbangan utama kerana jambatan membuat akses kepada sensor sangat sukar.

Memantau terowong untuk integriti struktur

Invocon mengeluarkan sistem instrumen tanpa wayar yang banyak input, kecil, dan ditingkatkan (MITE-WIS), yang merupakan sensor kecil / pemancar berkuasa yang memantau bahagian konkrit yang dibaiki dalam terowong. Unit MITE-WIS dimasukkan ke dalam patch pembaikan konkrit, dengan itu menghapuskan keperluan untuk kabel kuasa menonjol untuk melepasi konkrit dan mewujudkan titik lemah dalam dinding terowong utama. Unit berfungsi untuk mengenal pasti kegagalan struktur yang berpotensi dengan mengesan variasi ketegangan merentasi sempadan patch konkrit. LiSOCl 2 bateri menyediakan sehingga dua tahun hayat perkhidmatan pada kadar pensampelan tiga saluran berasingan setiap minit. Setiap unit boleh menyimpan sehingga tiga bulan data yang dimuat turun semasa prosedur penyelenggaraan bulanan.

Rajah 2: Sensor / pemancar berkuasa diri yang memantau bahagian-bahagian konkrit yang dibaiki dalam terowong dimasukkan ke dalam patch pembaikan konkrit untuk mengenal pasti kegagalan struktur yang berpotensi dan memerlukan bateri seperti LiSOCl 2 yang boleh menyediakan sehingga dua tahun hayat perkhidmatan.

Pertumbuhan penuaian tenaga

Walaupun bateri litium utama paling sering dipilih untuk peranti wayarles kuasa, terdapat juga banyak aplikasi yang boleh disampaikan dengan baik oleh peranti penuaian tenaga yang menggunakan bateri lithium-ion (Li-ion) yang boleh dicas semula untuk menyimpan tenaga yang dituai.

Bateri Li-ion boleh dicas semula gred pengguna yang standard tidak sesuai untuk penggunaan jangka panjang kerana mereka mempunyai jangkamasa jangka hayat yang agak singkat selama 5 tahun dan 500 kitaran ulang, bersama dengan julat suhu yang terhad. Alternatifnya ialah menggunakan bateri Li-ion yang boleh dicas semula gred perindustrian yang boleh beroperasi sehingga 20 tahun dan 5, 000 kitar semula, sementara juga menawarkan jarak suhu yang lebih luas daripada bateri Li-ion yang boleh dicas semula.

Bateri bateri gred industri ini digunakan oleh Southwire Company, untuk digunakan dalam sensor talian / penyambung yang sentiasa mengawasi status talian penghantaran kuasa elektrik. Sensor talian / penyambung dipasang secara terus ke konduktor penghantaran overhead terdedah, di mana ia mengukur suhu konduktor, mengalir pada talian penghantaran, dan arus elektrik pada garisan.

Tenaga yang dituai dari medan magnet bekalan elektrik bekalan tenaga cukup sehingga pembacaan boleh dihantar setiap 30 saat ke stesen pangkalan menggunakan komunikasi RF 2.4 GHz. Sensor talian / penyambung memerlukan arus talian yang mencukupi untuk mengisi semula sepenuhnya, jadi peranti penuaian tenaga perlu disokong oleh bateri Li-ion yang boleh dicas semula gred industri AA untuk membolehkan operasi sensor berterusan selama 45 hari, walaupun pada masa yang ada tiada semasa yang dihasilkan atau apabila kekuatan medan magnet jatuh di bawah ambang yang diperlukan untuk penuaian tenaga. Penggunaan bateri lithium gred industri 20 tahun menghasilkan penyelesaian jangka panjang yang sangat ekonomik, bebas penyelenggaraan.

Untuk peranti wayarles jarak jauh yang memerlukan penyelesaian pengurusan kuasa jangka panjang yang boleh dipercayai, jurutera rekabentuk boleh memilih antara jenis bateri LiSOCl 2 dan bateri gred industri Li-ion untuk menyediakan dekad operasi bebas penyelenggaraan, dengan itu mengurangkan jumlah kos pemilikan.

Oleh SOL JACOBS, VP dan Pengurus Besar, Tadiran Bateri, www.tadiranbat.com