技术核心与突破

1. 自供电机制

   • 能量采集技术：通过压电材料、电磁感应或摩擦纳米发电机（TENG）将机械振动、温度梯度或扭矩作用产生的机械能转化为电能，实现自供电。

   • 环境适应性：无需外部电源，适用于旋转部件、封闭空间或高危环境（如高温、高压场景）。

2. 无线信号传输

   • 采用低功耗蓝牙（BLE）、LoRa或Zigbee协议，在极低能耗下实现数据传输，部分设计通过负载调制技术进一步降低功耗。

3. 无电池设计优势

   • 免维护：消除电池更换需求，降低长期运维成本。

   • 可靠性提升：避免电池在极端温度或腐蚀性环境中失效的风险。

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应用场景

• 工业设备监测：实时监测电机、涡轮机、机器人关节的扭矩，预防机械故障。

• 航空航天：飞机引擎或航天器部件的扭矩监控，无需布线减轻重量。

• 汽车测试：传动系统或轮毂扭矩测量，适应高速旋转工况。

• 医疗设备：手术机器人力反馈系统的精密测量。

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技术挑战与解决方案

• 能量供应稳定性

  • 采用混合能量采集（如振动+热能），搭配超级电容短期储能，确保持续运行。

• 信号抗干扰

  • 使用高频载波或跳频技术，避免工业环境电磁噪声影响。

• 安装限制

  • 微型化设计（如MEMS工艺）适配狭窄空间，部分产品厚度仅毫米级。

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代表研究与产品

• 学术进展：
  日本东京大学团队开发出基于TENG的扭矩传感器，可在3000 RPM转速下自供电并传输数据（《Nature Communications》2023）。

• 商业产品：
  美国Lord Corp的无线扭矩传感系统，通过电磁感应供电，已用于风电发电机监测。

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未来方向

• 多参数集成：同时监测温度、转速等，形成智能传感节点。

• AI边缘计算：本地处理数据，仅传输关键结果以降低能耗。

• 标准化协议：推动工业物联网（IIoT）兼容性，如融入5G工业互联网。

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无电池无线扭矩传感器的出现，标志着工业传感向“零维护、全无线”迈出关键一步，尤其适合数字化工厂与智能装备的长期部署需求。随着能量采集效率的提升，其应用广度将进一步扩展。