Текстиль двойной

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5613 (2023) Цитировать эту статью

457 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Предлагается оригинальный полностью текстильный комбайнер для питания датчиков, находящихся вблизи тела, от одного централизованного источника энергии, такого как, например, смартфон. Предусмотрено решение для учета требований промышленного производственного процесса, которые требуют минимизации движений иглы в процессе вышивки. Более того, в документе показано, как поддерживать несколько стандартов беспроводной передачи энергии, которые уже существуют, например NFC и A4WP, или будут существовать для удовлетворения огромных потребностей в энергии для распределенных систем в области IoT. В этой статье предлагается новая гибкая беспроводная система на текстильной основе, обеспечивающая связь и сбор энергии. Были проведены аналитические, численные и экспериментальные исследования, чтобы продемонстрировать, что структура имеет две резонансные частоты: 6,8 МГц и 13,6 МГц, что делает ее подходящей для стандартов NFC и A4WP. При этом потери, вызванные системой, составляют 2,76 дБ и 1,91 дБ для A4WP и NFC соответственно. Результаты последовательно представлены, чтобы подчеркнуть особенности таких текстильных объединителей с несколькими катушками. Объясняется метод получения резонансной структуры без твердотельного электронного компонента.

Недавние разработки в области подключенного текстиля позволяют улучшить передачу данных и энергии внутри одежды. Действительно, встроенным в нашу ткань датчикам для работы и передачи данных необходим источник питания. Технология Near Field Communication (NFC) — это решение для централизованных источников энергии и хранения данных, особенно с увеличением емкости аккумулятора и памяти. Прогресс в электронике уже позволил использовать беспроводную передачу энергии (WPT) между носимыми небольшими устройствами и смартфонами, оснащенными технологией NFC1,2. Некоторым небольшим устройствам IoT, таким как физиологические датчики, иногда может потребоваться только питание, в конечном итоге с помощью технологии, стандартизированной A4WP (Альянс по беспроводному питанию), недавно переименованной в Airfuel (Air Fuel Alliance), зная, что технология Qi является альтернативой. стандарт, который уже доступен на рынке3,4,5. Последняя технология не была использована в настоящей работе, поскольку она работает на очень слабых частотах около 300 кГц, что ограничивает ее использование идеально выровненными и идентичными антеннами для передатчика и приемника, расположенных рядом с сумматором. Кроме того, следует отметить, что частота стандарта A4WP составляет ровно половину частоты NFC.

Для питания электронного текстиля можно использовать многочисленные источники энергии, но сегодня смартфоны оснащены антеннами NFC и могут хранить, обрабатывать и отправлять большие объемы данных. Следовательно, они особенно адаптированы к источнику питания и подключают «умный текстиль» к другой сети. Например, была разработана система передачи энергии для питания умного текстиля за счет механической энергии велосипеда6. Цзян и др. также разработали текстильную NFC-антенну с посеребренными нитями, способную передавать данные даже при сгибании7. Совсем недавно Жунчжоу Линь и др. также опубликовали исследование, в котором представлена ​​интегрированная текстильная система передачи NFC, вышитая на одежде8. Его целью является мониторинг физиологических параметров в режиме реального времени кочевым способом, например, во время бега. Однако для работы устройству необходимо несколько жестких электрических компонентов, а его рабочая частота не настроена на 13,56 МГц. Другое исследование текстильных NFC-антенн было сосредоточено на аспекте резонансной частоты9. Это показывает, что вышитую антенну можно реализовать только с использованием текстильных материалов и процессов, а ее резонансную частоту можно настроить в соответствии с технологией NFC. Наконец, объединение нескольких текстильных антенн может создать новые устройства, называемые «объединителями», позволяющие передавать магнитное поле частотой 13,56 МГц через текстильную поверхность10. К сожалению, такая конструкция включает в себя точку пайки для замыкания цепи, что приводит к ослаблению устройства. Существуют также текстильные многотельные сетевые структуры ближнего поля, используемые для связи на теле, разработанные с помощью метаматериалов, построенных из массивов дискретных анизотропных магнитоиндуктивных элементов11. В отличие от результатов, опубликованных в недавних статьях по этой теме, наша работа доказывает возможность передачи энергии по двум различным стандартам беспроводной связи (NFC и A4WP) без каких-либо традиционных электронных компонентов. Для проектирования и производства антенны и сумматора используются только текстильный материал и технологии обработки.