Sensorik Neue Wege für die IoT-Welt: Energy Harvesting per Wiegand-Effekt

Quelle: Ubito

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Wiegand-Systeme selbst sind schon lange im Einsatz. Nun wurde eine Möglichkeit gefunden, ihren Energy-Output zu erhöhen.

Links die beiden Wiegand Harvester und die Sende-Platine mit Mikrocontroller, Temperatursensor und UWB-Sendemodul. Rechts die Empfängerstation, welche die Daten per Funk einsammelt.
Links die beiden Wiegand Harvester und die Sende-Platine mit Mikrocontroller, Temperatursensor und UWB-Sendemodul. Rechts die Empfängerstation, welche die Daten per Funk einsammelt.
(Bild: Ubito)

Das Unternehmen Ubito hat den Prototypen eines drahtlosen Sensors entwickelt, der mit Wiegand-Technologie betrieben wird und sich in ein IoT-Netzwerk einfügen lässt. Laut einer Mitteilung umfasste ein Projekt des Unternehmens die Entwicklung eines „Wiegand Harvesters“, der genügend Energie für die Stromversorgung einer kompletten Sensorelektronik inklusive eines Funksenders gewinnen kann. Beim sogenannten Wiegand-Effekt spricht man in der Regel von einem Draht, der magnetische Impulse aus Drehbewegungen in Spannung umwandeln kann.

Bisherige Wiegand-Geräte konnten laut Ubito nicht genug Energie erzeugen, um smarte Sensoren ausreichend zu versorgen. Deswegen musste die Energieleistung deutlich verbessert werden. Zwei Jahre habe ein Forscherteam daran gearbeitet und nun den praktischen Einsatz beim Betrieb energieautarker IoT-Sensorknoten demonstriert. Laut den Forschern könne mit dem neuen Wiegand Harvester nun 50-mal mehr Energie erzeugt werden als mit einem herkömmlichen Wiegand-Sensor.

IoT-Knoten mit Fenstersensor

„Mit diesem Leistungsniveau konnten wir endlich IoT-Sensorknoten auf Wiegand-Basis angehen, deren Daten drahtlos über größere Distanz an ein entfernt gelegenes Kommunikations-Gateway übertragen werden können", sagt Tobias Best, der die globale Ubito-Initiative zur Entwicklung neuer Wiegand-Anwendungen koordiniert.

In ihrem Demo-Projekt haben die Forscher sich für einen IoT-Knoten in Kombination mit einem Fenstersensor entschieden. Um das System mit Energie zu versorgen, wurden zwei Wiegand Harvester und die dazugehörige Elektronik am Fenster montiert, während Stabmagnete am Rahmen angebracht wurden. Wenn das Fenster geöffnet wurde, glitten die Harvester an den Magneten vorbei, was abrupte magnetische Polaritätswechsel in den Wiegand-Drähten auslöste. Die durch die Umpolung ausgelösten Stromimpulse reichten aus, um den Mikrocontroller zu aktivieren und den im System integrierten Temperatursensor auszulesen. Das Team fügte darauf ein UWB-Sendemodul hinzu, mit dem das 134 Byte große Datenpaket an eine 60 Meter entfernte Empfangsstation gefunkt werden konnte.

„Noch haben wir es mit ersten Prototypen und einem Lab-Demonstrator zu tun, nicht mit einem fertigen Produkt“, sagt Best. „Immerhin haben wir gezeigt, welches Potenzial in der Wiegand-Technologie steckt und was sich schon jetzt durch die Kombination unserer Energy Harvester mit handelsüblichen elektronischen Komponenten machen lässt.“

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