Valkājama, enerģētiski neatkarīga cilvēka un apkārtējās vides parametru noteikšanas platforma
Tehnoloģijas apraksts
Piedāvātajā tehnoloģiskajā risinājumā sistēmas darbināšanai nepieciešamā enerģija tiek iegūta no cilvēka kustību enerģijas vai/un valkātāja ķermeņa siltuma plūsmas, izmantojot enerģijas pārveidošanas moduļus(1, 10, 1. zīm.), tādējādi padarot sistēmas darbību neatkarīgu no ārējiem enerģijas avotiem. Kustību enerģijas pārveidošanas moduļa (1, 1. zīm.) pamata sastāvdaļa ir viens vai vairāki savā starpā savienoti plakani induktīvie elementi, kas ir izpildīti spirālveidīgu vadošu struktūru veidā, un viens vai vairāki magnēti. Izmantoto induktīvo elementu un magnētu skaits nav fiksēts, tas ir atkarīgs no apģērba elementos pieejamās vietas daudzuma. Magnētu kustības gar plakanajiem induktīvajiem elementiem rada laikā mainīgu magnētiskā lauka plūsmu, kas, savukārt, inducē tajos elektrodzinējspēku, noslēgtas ķēdes gadījumā – elektrisko strāvu. Kustību enerģijas pārveidošanas modulis (1, 1. zīm.) ģenerē maiņstrāvu, kas tiek taisngriezta, izmantojot taisngrieža moduli (2, 1. zīm.). Enerģijas uzkrāšanas starpmodulis (3, 1. zīm.) veic sprieguma svārstību izlīdzināšanas funkciju un uzkrāj elektrisko lādiņu ar mērķi sasniegt sprieguma līmeni, kas ļauj startēties zema līdzsprieguma paaugstināšanas modulim (4, 1. zīm.). Ķermeņa siltuma plūsmas enerģija elektriskajā enerģijā tiek pārveidota, izmantojot siltuma plūsmas enerģijas pārveidotāju (10, 1. zīm.), kuru darbība balstās uz Zēbeka/Peltjē efektiem, pārveidojot elektriskajā enerģijā temperatūru starpības dēļ radušos siltuma plūsmu starp elementu pusēm. Šādā veidā pārveidotā enerģija tiek iegūta līdzstrāvas veidā, līdz ar to nav nepieciešams taisngrieža modulis. Abos veidos iegūtais līdzspriegums ir salīdzinoši zems līdz ar to tas tiek paaugstināts, izmantojot zema līdzsprieguma paaugstināšanas moduli (4, 1. zīm.), kas veic sprieguma pacelšanu un uzkrāto enerģiju pārvieto galvenajā enerģijas glabāšanas modulī (5, 1. zīm.), kas kalpo par enerģijas avotu sistēmas vadības (7, 1. zīm.) un datu sūtīšanas (6, 1. zīm.) moduļiem. Lai nodrošinātu enerģijas plūsmu gan kustību laikā, gan miera stāvoklī, tādējādi paaugstinot sistēmas darbības ilgtspēju un stabilitāti, izveidotajā sistēmā kustības enerģija tiek papildināta ar siltuma enerģiju, apvienojot kustību enerģijas pārveidošanas moduli (1, 1. zīm.) ar siltuma plūsmas pārveidošanas moduli (10, 1. zīm.).
Sistēmai darbojoties uzkrātā enerģija paaugstina spriegumu galvenajā enerģijas uzkrāšanas modulī un kontrolējot tā uzlādes līmeni (caur sprieguma mērīšanu), tiek aktivizētas sistēmas funkcijas: sistēmas vadības moduļa inicializācija, datu sūtīšanas moduļa raidītāja inicializācija, datu mērīšana un datu sūtīšana. Kolīdz galvenajā uzkrāšanas modulī ir sasniegts pietiekams sprieguma līmenis, tiek aktivizēta datu mērīšanas funkcija un sistēmas vadības modulis sāk uzraudzīt uzkrāto enerģiju, lai noteiktu, kad tās būs pietiekami daudz konkrēto mērīšanas funkcijas izpildes un datu nosūtīšanas moduļa sāknēšanai. Sasniedzot sprieguma un uzkrātās enerģijas līmeni, kas ir nepieciešams datu nosūtīšanas moduļa inicializācijai, notiek tā ieslēgšana, pēc tam sasniedzot nepieciešamo līmeni, tiek inicializēta datu mērīšana un nosūtīšana attālinātajam uztvērējam. Visas sistēmas darbību var novērot, reģistrējot spriegumu uz galvenā uzkrāšanas moduļa, kura izmaiņas liecina kā par enerģija uzkrāšanu, tā arī par tās izlietošanu mērījumu veikšanas un datu nosūtīšanai attālinātajam uztvērējam (Zim.2).
Cilvēka kustību enerģijas pārveidotājam darbojoties enerģija tiek uzkrāta līdz līmenim, kas atbilst punktam A uz zīm.2., kas atbilst laika momentam, kurā notiek sistēmas vadības moduļa (7, zīm.1.) inicializācija; spriegumam pieaugot notiek raidītāja inicializācija (punkts B, zīm.2.), tam seko mērīšanas funkcijas inicializācija (punkts C, zīm.2.), mērījumu veikšana (punkti D, zīm.2.) un datu nosūtīšana (punkts E, zīm.2.).
Pielietojums
Iespējamie pielietojumi šādam tehnoloģijas risinājumam (sistēmai) ir: 1. Dažādu profesiju darbinieku veselības stāvokļa novērošana attālināti, ja darbinieks ilgu laiku veic profesionālos uzdevumus, atrodoties vienā un tanī pašā apģērbā: karavīri, policisti, glābēji, ugunsdzēsēji utt; 2. Sports, kurā daudzos gadījumos būtu vērtīgi veikt līdzīgus novērojumus attālināti un tieši dažādu aktivitāšu laikā; 3. Zīdaiņu un mazu bērnu veselības stāvokļa monitorings, kā arī to fiziskā stāvokļa noteikšana gulēšanas un dažādu aktivitāšu laikā; 4. Pacientu stāvokļa monitorings attālināti.
Priekšrocības
Salīdzinājumā ar esošajām elektroniskajām sistēmām, kuru darbināšana notiek izmantojot dažādus vienreizējus un pārlādējamus enerģijas avotus, enerģētiski neatkarīga sistēma, kas komunicē ar attālinātu uztvērēju nosūtot datus pa bezvadu tīklu, ļauj izveidot hermētiski noslēgtu moduli, kuram nebūs nepieciešama aprūpe, barošanas elementu nomaiņa vai uzlāde – t.i., nebūs nepieciešams atstāt brīvus savienojuma izvadus.
Attīstāmajā tehnoloģija izveidotajiem kustību enerģijas pārveidotājiem nav nepieciešama tiešā iedarbe, kā pjezoelementu gadījumā, vai viena elementa kustība caur otru, vai otrajā, kā klasiskajā elektromagnētiskajā pārveidotājā. Kustību enerģijas pārveidošana elektriskajā notiek, kustoties patstāvīgiem magnētiem gar plakaniem induktīviem elementiem, t.i., šīs pārveidotāja sastāvdaļas var tikt integrētas apģērbu elementos, kas kustas viens paralēli otram, kā tas notiek apģērba elementiem. Pateicoties sastāvdaļu plakanai konstrukcijai, šo elementu integrēšana apģērba elementos praktiski nemaina apģērba funkcionalitāti un ārējo izskatu.
Izmantojot sistēmas darbināšanai nepieciešamās elektroenerģijas iegūšanai cilvēka kustību un siltuma plūsmu enerģiju un uzkrājot to tālākai izmantošanai tiek izdarīta minimāla ietekme uz apkārtējo vidi, jo netiek izmantotas vienreizēji lietojamas baterijas, kā arī akumulatoru izmantošanas apjomi ir minimāli, tos pārsvarā aizstājot ar kondensatoriem – elementiem, kas nesatur savā konstrukcijā smagos un kaitīgos ķīmiskos elementus, kurus pēc izmantošanas beigām ir nepieciešams nodot pārstrādei. Šādas valkājamas enerģētiski neatkarīgas sistēmas ir pilnīgi drošas lietotājiem, jo tiek uzkrāti nelieli (zem 1 J) enerģijas daudzumi, nenotiek to ilgstoša glabāšana – enerģija tiek izmantota mērījumu un datu pārraidīšanai veikšanai, pie tam enerģija patēriņa ātrums tiek mērīts vatu tūkstošdaļās.
Valkājamo sistēmu gadījumā tas nozīmē, ka tās darbību neapdraudēs dažādi apkārtējās vides nelabvēlīgie apstākļi, piem., lietus un sviedri, kas samitrina apģērbu un, nehermētisko sistēmu gadījumā, var izsaukt īsslēgumu un sekojošus darbības traucējumus.
Atslēgas vārdi
viedais apģērbs,valkajamā elektronika,enerģijas ievākšana