Германские учёные разработали систему сенсоров, следящих за прочностью тоннелей, которые могут черпать энергию от вибрации железнодорожного полотна при прохождении поездов.

Большинство поездов вряд ли способно дать достаточное количество побочной энергии для полноценного генератора электричества. Однако для микроэлектроники достаточно и тех жалких крох, которые «выделяет» железнодорожный состав при движении.

Чтобы побольше узнать об энергетических возможностях поездов и наземного транспорта, исследователи из Института микроэлектромеханических систем (IMTEK) при Университете Фрайбурга установили датчики ускорения в двух тоннелях — автомобильном Пфендер неподалёку от Брегенца (Австрия) и железнодорожном Лёчберг в швейцарских Альпах. В первом случае информация акселерометров отслеживалась каждый час в течение нескольких минут, а во втором — в момент прохождения состава.

Рис. 1. Система сбора виброэнергии (фото M. Wischke / IMTEK).

Выяснилось, что вибрации автомобилей слишком слабы из-за шин и амортизаторов, а вот поезда вполне способны поделиться энергией.

Специалисты прикрепили к шпале пьезоэлектрическую систему, работающую в большом диапазоне частот (поскольку частота вибрации зависит от типа вагона). Генерируемое электричество запасается в конденсаторе, который по мере надобности снабжает им сенсор.

Благодаря упрощённой конструкции сенсора, уровень потребляемой энергии удалось сократить с нескольких микроватт до 70 нановатт!

Разработка с успехом заменяет аккумуляторы для системы беспроводных датчиков, следящих за возможными повреждениями тоннеля, и ж/д-служащим теперь не нужно будет регулярно менять батарейки. В дальнейшем планируется расширить диапазон рабочих частот и выходную мощность устройства, чтобы можно было контролировать ещё и состояние вагонных колёс.

Результаты работы опубликованы в статье:

M Wischke et al. Vibration harvesting in traffic tunnels to power wireless sensor nodes. – Smart Materials and Structures. – 20. – 085014; doi:10.1088/0964–1726/20/8/085014.