Autonomous Sensor Node Powered by CM-Scale Benthic Microbial Fuel Cell and Low-Cost and Off-the-Shelf Components

International audienceMicrobial fuel cells (MFC's) are promising energy harvesters to constantly supply energy to sensors deployed in aquatic environments where solar, thermal and vibration sources are inadequate. In order to show the ready-to-use MFC potential as energy scavengers, this paper presents the association of a durable benthic MFC with a few dollars of commercially-available power management units (PMU's) dedicated to other kinds of harvesters. With 20cm 2 of cheap material electrodes, and experimental conditions similar to real ones, 101µW has been generated at 320mV in steady-state operation. In burst mode, the MFC can generate up to 400µW. The PMU, configured to extract the maximum available energy, provides 47µW at 3V in steady state, which would allow a wide range of environmental sensors to be powered. A sensor node, consuming 100µJ every 4s for measurement and wireless transmission of temperature, has been successfully powered by the association of our MFC and the PMU

Spectroscopic properties of Er3+-doped antimony oxide glass

International audienceSpectroscopic properties of Er3+ ions have been studied in the 60Sb2O3-20WO3-19Na2O-1Bi2O3 (SWNB) glasses doped with 0.25 and 0.50 mol% Er2O3 respectively. The Judd-Ofelt parameters measured from the absorption spectra have been used to calculate the radiative life-time (τr) and the stimulated emission cross section. The low phonon energy, a reduced quenching effect and a high quantum efficiency of 90% for the 1.53 μm expected laser emission into pumping at 980 nm are in favor of promising material laser application

Generalized Poole Frenkel (PF) effect with donors distributed in energy

A further step in generalization of PF effect is got over, in considering the effect of a distribution of donors in energy, within the gap. Various laws of repartition are studied. Uniform distributions are first treated extensively. Computer simulations pointed out very conspicuous similarities with the one donor level case. Field-induced ionization is then derived for exponential distributions. An exponential law, given sometimes in literature, is analyzed throughout. Conditions of solvability of the basic differential equation are indicated. Moreover derivation and simulation are extended to a system of two uniform bands. Finally, an approximate method of resolution is proposed, when distributions of any shape are concerned.Une étape supplémentaire est franchie dans la généralisation de l'effet PF, en considérant l'effet d'une répartition des donneurs, en énergie, dans la bande interdite. Différentes lois de répartition sont étudiées. Les distributions uniformes sont d'abord traitées d'une manière extensive. Les simulations numériques ont révélé des similarités évidentes avec le cas d'un seul niveau donneur. L'ionisation par le champ est ensuite déterminée pour des distributions exponentielles. Au passage, une loi exponentielle, rencontrée quelquefois dans la littérature, est analysée. Les conditions de résolvabilité de l'équation différentielle de base sont indiquées. Le calcul et la simulation sont, en outre, étendus à un système à deux bandes uniformes. Finalement, une méthode de résolution approchée est proposée, lorsque les distributions ont des formes quelconques

Simulated behaviour of field-assisted ionisation in the theory of Synthetic Poole Frenkel effect

A simulation is made of the behaviour of dc-current versus electric field when use is made of a new approach of Poole and Poole-Frenkel (PF) theories, we designated as Synthetic Poole Frenkel (SPF) effect (Ongaro and Pillonnet, in IEE Proc. PtA 138, 127-37). Quantitative illustration shows that our SPF approach succeeds fairly well in joining in a unique formulation the early Poole and PF approaches, which appear then as limiting cases. However, it is stressed that difficulties can be expected as regards the determination of the involved parameters.Une simulation du comportement du courant permanent, en fonction du champ électrique, est réalisée dans le cadre d'une nouvelle approche des théories Poole et Poole-Frenkel (PF) que nous nommons effet Poole-Frenkel Synthétique (SPF) (Ongaro et Pillonnet, dans IEE Proc. PtA 138, 127-37). L'illustration quantitative montre que notre approche SPF réussit à joindre, en une formulation unique, les approches Poole et PF précédentes, qui apparaissent alors comme des cas limites. Cependant on souligne les difficultés qui peuvent être attendues en ce qui concerne la détermination des paramètres impliqués

Synthetic representations of the Poole Frenkel (PF) and Poole regimes

A synthetic study of the field-induced ionization of donors is presented in order to bring some insights, usefull to experimentalits, into the Poole and Poole Frenkel (PF) regimes. Emphasis is made on the similarities of some of the fundamental assumptions, as on the artificial character of the hypotheses specific to Poole regime. Some ambiguities dealing with plottings met in literature are also reported. Likewise, discrepancies existing between the authors approaches are put forward, dealing : with the barrier to be overcome by electrons at low and high field strengths ; and with the notion of transition field from one regime to the other. The account concerns essentially Coulomb potentials, though the case of more steeper wells is also evoked. Two block diagrams are built up, supplemented by simulations deduced from Hill's models, with the purpose of clear quantitative delimitation of the ranges of validity of Poole and PF regimes, the latter being eventually assorted with a thermally assisted tunnelling.Une étude synthétique de l'ionisation de donneurs par un champ électrique est présentée afin d'apporter des éclaircissements, utiles à l'expérimentateur, sur les régimes Poole et Poole Frenkel (PF). L'accent est mis sur la similitude de certaines des hypothèses fondamentales, ainsi que sur le caractère artificiel des hypothèses spécifiques au régime Poole. Quelques ambiguïtés des représentations graphiques rencontrées dans la littérature sont aussi rapportées. De même sont mises en évidence les divergences existant entre les auteurs à propos : de la barrière de potentiel qu'ont à franchir les électrons en bas et en hauts champs ; et de la notion de champ de transition entre les deux régimes. L'exposé est essentiellement consacré au cas des puits coulombiens, bien que des puits à plus court rayon d'action soient aussi évoqués. Deux diagrammes à trois dimensions sont construits, accompagnés de simulations annexes déduites des modèles de Hill, dans le but de délimiter clairement, sur des bases quantitatives, les intervalles de validité respectifs des régimes Poole et PF, ce dernier étant. éventuellement assorti d'un effet tunnel assisté thermiquement

Failure of Arrhenius plots for investigation of localized levels

Investigation of Poole Frenkel ionization, when the localized levels are distributed within bands, is realized with temperature T as the variable. A large amount of simulations revealed the same qualitative behaviour of Arrhenius diagrams of conductivity (lg σ, 1/T), as that given by a single level. Many examples are treated, in order to make clear that extended linear parts can be obtained, as wide as the distribution can be. Consequently, the activation energies deduced from these diagrams can no more be assigned to any actual localized level. We believe to have shown that setting down as a principle that levels, in a multi-level system, can always be splitted into their components, is in contradiction with Fermi-Dirac statistics.L'étude de l'ionisation Poole Frenkel, lorsque les niveaux localisés sont distribués en bandes, est réalisée en prenant la température T comme variable. Un grand nombre de simulations a révélé le même comportement qualitatif des diagrammes d'Arrhénius de la conductivité (log σ, 1/T), que celui présenté par un seul niveau. De nombreux exemples sont traités, pour montrer clairement que des portions linéaires étendues peuvent être obtenues sur les courbes, quelle que soit la largeur de la distribution. En conséquence, les énergies d'activation, déduites de ces diagrammes, ne peuvent plus être assignées à un niveau d'énergie réel quelconque. Nous croyons avoir montré que, poser comme principe que les niveaux d'un système à niveaux multiples peuvent toujours être séparés en leurs composantes, est en contradiction avec la statistique de Fermi-Dirac

Poole-Frenkel (PF) effect high field saturation

An improved Poole Frenkel (PF) effect, based upon a rigorous methodological approach, is proposed. The chosen model is stated precisely, emphasis being made explicitly on the subtending hypotheses. A systematic reference to Fermi-Dirac function, allows to establish quantitatively the concept of PF saturation. The resulting general theory integrates, as particular applications, the previous one-dimensional PF theories.Un effet Poole Frenkel (PF) amélioré est proposé, en utilisant une approche méthodologique rigoureuse. Le modèle choisi est détaillé précisément, l'accent étant mis explicitement sur les hypothèses sous-jacentes. La référence systématique à la fonction de Fermi-Dirac permet d'établir quantitativement le concept de saturation PF. La théorie générale qui en résulte intègre, comme applications particulières, les précédentes théories PF à une dimension

Digitally Assisted Analog: An Anti-Clipping Function for Class-D Audio Amplifier

International audienceThis paper presents a new speaker protection scheme for Class-D audio amplifiers, which acts by limiting the amount of clipping below a specified level. It is associated with a gain modulation algorithm to maintain the best tradeoff between audio quality and sound level. The proposed approach works for a large range of frequencies, independently of the power supply voltage and load impedance. Thanks to listening and model-based psycho-acoustical evaluations, this solution is found to be more effective than existing solutions such as soft clipping or analog limiters. It can be easily integrated into a Class-D amplifier targeted for mobile applications because the sensing and gain modulation use a small area (a few % of the amplifier IC) and an extra-low current consumption (<1% of the amplifier's idle current)