基于电磁原理的人体运动能量收集器设计

本文聚焦于人体运动所蕴藏的丰富机械能,设计基于电磁感应原理的能量收集器,通过收集人体运动的机械能实现对可穿戴设备的供电。首先分析了人体四个关键位置的运动加速度数据,明确了激励的低频特征及最优化激励方案。针对以上特点,建立能量收集器结构动力学模型并开展参数设计,搭建了两种不同中心磁铁支撑方式的样机。通过单轴振动激励及穿戴运动激励等多种方式验证了能量收集器效果,单轴振动激励下最优输出功率不低于1.92 mW,在脚腕最优化激励条件下可获得3.5 V的有效输出。     

超声波无线能量传输技术应用与研究进展

无线能量传输技术是目前研究的热点,该技术可以为无线设备的供电提供一种解决方案,同时可有效提高设备供电的可靠性、便捷性和安全性.超声波无线能量传输技术作为其中的一种新兴技术,受到了越来越多的关注.阐述了超声波无线能量传输技术的基础,对几种不同介质中的超声波无线能量传输技术研究现状进行分析,最后针对超声波无线电能传输技术的不足及发展前景进行了探讨与展望.     

压电自供能智能车轮的结构设计与实验研究

为了解决智能车轮中的无线传感器的自供能问题,提出一种压电自供能智能车轮,增强了现有车轮能量收集技术的实用性和安全性。压电悬臂梁固定于轮辐中,利用旋转中自由端质量块的重力作用产生周期性激励,为了避免直接对辐条产生碰撞,设计了安全限幅结构。通过建立系统的机电动力学模型,针对R16尺寸的轮辋进行了装置的参数设计,搭建实验平台进行负载优化并研究了限幅间距对收集性能的影响。为了全面评估压电自供能智能车轮的性能,在实车上进行了样机实验。结果表明,本收集装置在50～70 km/h可获得64. 3～866. 0μW的能量,为建立无需维护的自供能智能车轮系统提供了可能。     

针对不连续带洞结构的声发射源定位方法研究

由于兰姆波在舷窗等带孔结构表面的传播路径不再是线性路径,传统方法难以解决撞击的声源定位问题。 本文针对该 问题,提出了一种基于声发射的网格映射概率成像定位方法。 该方法通过建立网格映射模型解决了信号传播的非线性路径难 题,并通过对网格节点的信号最快传播路径计算得到相应的理论时间差值。 之后利用自适应能量阈值方法与 AIC 方法计算信 号的实际到达时间差,通过比较理论值与实际值的偏差构建概率图像以实现定位解算。 通过有限元模拟分析了带洞结构对兰 姆波传播路径的影响,给出信号传播路径的确定依据。 通过对 32 个撞击点的定位实验验证了定位方法的可行性,平均绝对误 差为 1. 15 cm。     

基于声发射信号EMD-WPD特征融合的航天器在轨泄漏辨识方法

长期运行在空间环境中的航天器可能由于撞击、振动、老化等因素而发生气体泄漏,在轨泄漏辨识对航天器安全保障具有重要意义。提出了一种基于声发射信号经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和小波包分解(wavelet packet decomposition,WPD)特征融合的航天器泄漏辨识方法,首先将声发射信号分别通过EMD和WPD分解成为不同频率范围内的子带信号,考虑能量特征误差与不稳定性,提取信号无量纲因子和频率特征参数并应用Relief F算法选取特征。最后,构建支持向量机(support vector machines,SVM)机器学习数据库,训练泄漏分类模型并利用测试集交叉验证模型分类精度。结果表明,EMD和WPD分解特征并行融合分类模型可显著提高辨识精度,最高可达96.9%,且输入特征数量少,是一种具有应用前景的航天器在轨气体泄漏辨识方法。     

垂向动磁式压电振动能量收集器建模及实验研究

该研究展示了一种垂向动磁式压电振动能量收集器,利用垂向磁铁的非线性力改善了单一悬臂梁的收集性能;为了对该结构进行设计分析与参数优化,建立了集总参数理论模型,利用仿真对多种模式进行了研究。聚焦于低频排斥模式,利用实验开展进一步研究;使用铝合金与压电纤维材料MFC搭建了实验平台,并验证了系统的能量收集性能。实验结果表明,该结构能够有效优化能量收集性能,且在误差允许范围内,数值仿真可有效预测结构性质;基于仿真及实验,对结构中的磁铁间距及磁感应强度参数进行研究并进行了最优化,在最优化参数下带宽可提高40.6%,峰值功率可提高42.7%。     

自调谐宽带旋转压电能量收集器关键参数分析

在旋转压电能量收集器结构中,通过对离心力的设计可使共振频率被动式跟随旋转频率的变化而自调谐,以达到宽频带的目的。然而该收集器的性能对参数的设计非常敏感,对该收集器的关键参数进行了分析优化。利用欧拉-拉格朗日定理建立机电耦合方程,提出了调谐因子D的概念,将多个参数的设计集中到调谐因子中,大大提高了收集器的设计效率。通过数值仿真及实验对调谐因子的设计作用进行了研究,结果表明:在D1时,随着D的增大,带宽提高而峰值降低,在D≥1时,性能显著下降。在D=0. 9时,与无离心力收集器相比,峰值降低了31. 6%,6 d B带宽从0. 6 Hz提高到7 Hz,提高了11. 7倍。