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一种微小自动供能的传感器适用于未来氢能源经济

新品抢鲜中国仪表网2006年05月30日 09:54人气:4453

氢能已经被称为是未来的能源。但因氢气无色、无味、浓度高时又容易发生爆炸,这些特点就给发展氢能汽车、加氢站等许多氢能经济项目带来诸多安全问题。
近日,十几名来自美国佛罗里达大学的研究人员解决了这一难题,他们发明了一种小巧、便宜的传感器装置,不但能检测氢气泄漏还能通过无线通讯发出警报。据介绍,这种装置被称作传感器节点,因为要由几十个甚至上百个这样的传感器前后相连才能工作。传感器能通过内部微小的震动获得能量,因此未来的发展是不用保养电池便能持续工作,可以用于汽车、冰箱、抽水泵、发动机等任何有轻微震动的机器。据该项目负责人、电子与计算机工程副教授林金山介绍,尽管需要很多很多氢传感器才能检测到有无泄漏的问题,但是传感器不用每隔几个月就更换电池,可以完全独立运行。
林教授和他的同事在过去两年开发的传感器作为美国宇航局资助佛罗里达大学“氢能研究计划”的一部分,该计划涵盖几个研究项目。美国宇航局用液态氢做为航天飞机的燃料,之所以为林教授负责的传感器项目投资100多万美元,就是希望能够提高宇航局所有氢能系统的安全性和可靠性。这种硬纸牌大小的传感器在佛罗里达大学实验室的检测非常成功。研究人员表示,下一步工作主要是缩小传感器的体积,在宇航局的实验室和实际场地进行检验。传感器长期的潜在应用将随氢能成为一种主要能源而发展,甚至可以用于家庭轿车。
氢能是未来无污染电力装置——燃料电池的主要能量来源,布什总统将氢能定位于化石燃料的主导替代能源。布什总统在2003年批准了总额12亿美元的“氢燃料研究计划”,旨在使氢能技术获得商业可行性。然而这也面临着巨大的挑战,包括发现提高能源效率的途径和从水中提取氢等问题。如果这些难题得以解决,燃料电池驱动的汽车上路行驶将不再遥远。但为了实现这一目标,国家还需要兴建加氢站、分布传输泵和管线,以及许多氢能基础设施,来替代汽油时代的基础设施。到那时,佛罗里达大学的林教授开发的传感器结点就可以发挥作用了。该项目的参与人、材料科学与工程教授史蒂夫?皮尔顿表示,在所有的地方都需要传感器,如果有泄漏,人们就能发现泄漏的地点和扩散的速度,人们就能关掉阀门以避免更大的事故。
佛罗里达大学的材料学、电子学和化学工程的研究人员都参与了传感器结点的研究。材料和化学的研究人员给氧化锌的纳米棒(皮尔顿教授戏称为“胡须”)通以极度微弱的电流。纳米棒周围的氢气越多,它的传导性越好,这样就提供了一个测量空气中氢气含量的方法。
电机工程的研究人员设计出了如何将传导信号放大使其容易被微型控制器读取的方法。同时,他们还发明了一种微型无线传送器可以向中心控制基站传送信息。在接下来进一步的研究中,电机工程师还发现了给该装置供能的方式,可以通过传统的太阳能电池或者能够由多种机械和电子设备振荡提供的“压电振荡能量捕获系统”来获取。通过机械振动器的振荡附着和加压,对节点进行实验室检测,结果显示这种节点可以用于检测十万分之一的氢浓度单位并且能够成功地在大约20米或者65英尺的距离内传递信息。十万分之一的氢浓度单位是属于低于可爆炸氢浓度的安全范围。
近年来,在学术期刊中可见到一些有关使用传感器节点不同技术方法的文章,但是有关整个传感器的文章在上个月美国奥兰多举行的会议上才第一次出现。参与这一项目研究的人员有电机工程、化学工程、材料科学工程等领域的专家教授以及许多研究生。
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