A study of low level vibrations as a power source for wireless sensor nodes

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作者
Shad Roundy,Paul Wright,Jan M. Rabaey
出处
期刊:Computer Communications [Elsevier BV]
卷期号:26 (11): 1131-1144 被引量:2679
标识
DOI:10.1016/s0140-3664(02)00248-7
摘要

Advances in low power VLSI design, along with the potentially low duty cycle of wireless sensor nodes open up the possibility of powering small wireless computing devices from scavenged ambient power. A broad review of potential power scavenging technologies and conventional energy sources is first presented. Low-level vibrations occurring in common household and office environments as a potential power source are studied in depth. The goal of this paper is not to suggest that the conversion of vibrations is the best or most versatile method to scavenge ambient power, but to study its potential as a viable power source for applications where vibrations are present. Different conversion mechanisms are investigated and evaluated leading to specific optimized designs for both capacitive MicroElectroMechancial Systems (MEMS) and piezoelectric converters. Simulations show that the potential power density from piezoelectric conversion is significantly higher. Experiments using an off-the-shelf PZT piezoelectric bimorph verify the accuracy of the models for piezoelectric converters. A power density of 70 μW/cm3 has been demonstrated with the PZT bimorph. Simulations show that an optimized design would be capable of 250 μW/cm3 from a vibration source with an acceleration amplitude of 2.5 m/s2 at 120 Hz.
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