电磁-压电复合式机械能量收集器

微型能量收集技术是移动智能终端和物联网领域内的一项重要技术.多种换能方式和大量的能量收集器得到了许多的研究和报道.针对机械能采集,本文提出了一种基于磁悬浮的电磁-压电复合式高效能量收起器.该器件体积小、重量轻,尺寸为Φ47×27mm,重量仅有80g.电磁发电单元输出的开路电压分别为8.1V,4.2V;输出功率分别为42mW和35mW.压电发电单元输出的开路电压分别为60V,40V;输出功率分别为142mW和140mW.复合式能量采集器的平均输出功率为17.71mW,对1 000μF电容充电功率为110.39mW,复合后的衰减系数为53.45%.该复合式能量收集器可以驱动温度传感器.本文中设计的复合能量收集器对于物联网智能终端的自供电工作方案的实现具有重要的现实意义.     

应用于智能包装的横向电磁式振动能量收集装置设计

目的 为了解决智能包装中传感器工作时的无线供能和续航问题,设计了一种横向电磁式振动能量收集装置,用以解决无线供能和续航问题。方法 设计了一种振动能量收集装置,用于收集智能包装在运输途中的振动能量并转换为电能,实现智能包装的无线供能和续航。设计了装置的物理结构,并进行了低频振动模拟实验,通过仿真和实验对比了所设计装置的输出性能。结果 横向电磁式振动能量收集装置的仿真分析结果与实验测试结果基本吻合,在8Hz～10Hz激励频率,1g激励加速度情况下,输出电压均值高1V;在外接电阻为1033Ω情况下,装置的输出功率能够达到0.15mW以上。     

基于PVDF压电薄膜的能量收集系统研究

压电能量收集系统作为一种自发电系统,可以将施加在系统上的压力转换为可供负载使用的电能。以100μm厚的PVDF薄膜作为压电能量收集系统的能量来源,以电学与力学为基础,设计了一种基于PVDF薄膜的压电能量收集系统;用ANSYS软件建立模型仿真,用origin软件处理PVDF薄膜输出信号参数,确定了箱式结构下的压电薄膜双并联结构;设计了采用三倍压电路的基于LTC3588芯片的能量收集电路,使得能量采集效率提升了3倍。     

自供电无线振动传感器网络的双模组振动能量收集与管理方法

针对自供电无线振动传感器网络节点在高、低功耗模式下能量供应等待周期长或容量不足的问题,提出一种双模组振动能量收集与管理方法。设计小能量存储容量模组和大能量存储容量模组,小能量存储容量模组蓄能周期短,大能量存储容量模组蓄能容量大。在每个模组中,欠压闭锁电路断开后级电路通路将能量阻断,然后蓄积于电解电容,降压稳压电路降压转换电解电容的高电压能量并存储于超级电容,能源状态监测电路监测超级电容的能源状态,无线振动传感器网络节点微处理器获得能源状态信息后,根据后续工作的能量供应需求启用不同的蓄能模组。实验结果表明:双模组振动能量收集与管理电路最短蓄能周期仅6 min,完全启动双模组的情况下每个蓄能周期提供高达4.19 J的能量,能够驱动无线振动传感器网络节点正常工作。     

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%。     

基于弹簧振幅放大的电磁式振动发电设计

针对新能源振动发电技术,提出了一种利用弹簧增大振幅的电磁式振动能量收集装置。为提高能量收集效率,利用电机电磁模型和质量-弹簧-阻尼振动模型对能量收集装置的输出电压进行了建模分析。针对振动频率为15 Hz、振幅1 mm的样例工况,对弹簧振幅放大机构进行了最优化设计;根据优化结果利用Solid-Works软件对弹簧振幅放大机构进行建模,并将模型导入ANSYS软件进行有限元分析,对振幅放大机构设计方案的合理性与可行性进行评估;最后,制作样机并搭建了振动发电实验平台,对样机进行实验验证。实验结果表明,所设计方案在样例工况下将动子振幅放大7.98倍,空载电压达22.8 V,最大输出功率为0.44 W。为使本装置能够应用于更为广泛的领域,利用3个不同频率工况进一步验证了所设计装置与所提方法的有效性。     

无线传感器网络节点长寿命太阳能供电系统研究

为延长无线传感器网络的使用寿命,研究了如何系统地设计无线传感器网络节点的能量自治系统。提出了基于能量收集技术的太阳能供电系统模型,根据农田信息远程监测系统实施的具体要求,设计了无线传感器网络节点长寿命太阳能供电系统,详细地阐述了系统整体结构、功能模块设计、能量管理策略以及实验器件选型,具体地分析了实验测试性能。实验结果表明,该能量自治系统在实验测试条件下,每天3至4小时的光照时间即可保证无线传感器网络节点以10%的工作占空比持续运行约4至5年。     

无线传感器网络能量感知路由研究

无线传感器网络是伴随着微机电系统技术、传感器技术、网络与无线通信等技术的飞速发展和日益成熟而发展起来的新一代通信网络,由于具有低成本、低功耗、体积小、自组网等特点,得到了人们的广泛重视。本文在分析研究现有无线传感器网络路由协议、特别是能量感知路由协议的基础上,为了获得更大的网络生命周期,提出了MEARBDF（Multipath Energy—Aware Routing Based on Delay Forwarding）协议,旨在解决当前能量感知路由协议中存在的洪泛效应与网络能量均衡消耗问题。     

一种微型电磁式振动能量收集器的设计研究

针对现阶段常用的能量收集器收集效率低和寿命短这个特点,本文提出了一种微型能量收集器,该微结构与收集系统相结合提高了能量收集效率,优化结构参数延长了寿命。本文首先就电磁式振动能量收集器设计的一般原理进行分析,利用ANSYS Workbench有限元仿真软件,针对不同梁结构的能量收集器进行静力学和模态分析,并进一步研究四梁能量收集器的梁长、宽及高对最大位移和频率的影响,最后利用ncode-Designlife针对四梁结构寿命特性分析,得到较高加速度冲击条件下寿命可达3.092×10~(18)次的微型能量收集器。     

无线能量传输的理论探究

电磁感应定律为无线能量传输提供了理论依据,无限能量传输方式以其简单、便捷的方式越来越受到青睐。无线能量传输的研究与将来更大范围的推广将对人们的生活方式产生巨大的转变,随着理论和实验的推进,相信更多利用无线能量传输原理的产品应运而生来服务社会。     

混合激励压电振动能量收集器的机电响应分析EI北大核心CSCD

为提高压电振动能量收集器在多种能量环境下的工作效率,旨在研究一种基础激励和风流体混合激励下压电振动能量收集器的机电响应性能。根据Euler-Bernoulli弹性梁振动理论建立了混合激励下压电悬臂梁的分布参数模型,通过建立机电耦合降阶模型得到了系统的第一阶模态机电控制方程,利用机电解耦方法推导了系统响应的解析解,讨论了负载电阻、风速对系统固有频率及机电阻尼的影响,分析了负载电阻、加速度及风速对系统发电性能的影响,验证了理论模型的正确性。结果表明,与基础激励相比,混合激励不但增大系统的能量收集功率,而且可在更宽的频带区间内收集能量。     

应用于无线传感器节点的微小型复合能源收集系统(英文)

设计并实现了一种可应用于无线传感器节点的复合能源系统样机,基于一种无线地磁交通流传感器,提出了本文的设计目标.选择太阳能、风能、应变能作为系统的能量源.根据这3种不同能量源的特性,对能量管理模块与能量储存模块进行了针对性设计,最后实现并测试了样机.实验结果表明,该样机可连续35 h在3.55 V电压下输出50mW的电能.     

基于DSTBC-DF的无线传感网能量有效性研究

提出了一种基于分布式空时分组编码的译码转发(DSTBC-DF)的新的协同分集方案,设计了适合协同分簇多跳无线传感网的网络协议,并讨论了协同同步情况,分析了协同分集方案的性能和协同分簇无线传感网的能量效率.理论分析与Mento Catlo仿真的结果验证了这一新方案的有效性:相比传统的方案,不但实现简单,而且通过合理的协议设计有效地解决了协同同步问题,实现了完全的分集增益,有更高的能量效率,网络系统能耗明显降低.     

胶囊微机电无线能量传输系统设计与试验研究

首先介绍了胶囊微机电无线电能传输系统的原理和系统的基本构成,然后设计了以松耦合变压器为基础的无线电能供给系统,采用互相正交的二维线圈来接收能量并进行试验研究.结果表明:不管体内微机电系统处在何种位置和姿态,都可以有效接收能量,特别在初级绕组窗口宽度内,次级绕组接收能量可以高达110～240 mW.最后研制了胶囊微机电无...     

基于能量均衡的无线传感器网络路由算法

由于路由选择对无线传感器网络使用时间长短造成较为深远的影响,由此应基于能量均衡的无线传感器原理,针对当前无线传感器的发展现状,提出一种新型的WSN路由算法,通过将前向区域划分为几个子区域,而后选择能量方差最小的区域作为路由的选择区域,而后根据概率机制选择下一跳的节点。具体的实践表明,这种新型的能量均衡的无线传感器网络路由算法能有效均衡网络中各节点的能源消耗,有效延长网络的生命周期。     

微型电磁式振动能量采集器的研究进展

随着低功耗无线传感网络和微机电系统的迅速发展,供电问题正成为它们进入实用化、产业化的一大障碍。现有的一个解决方案是微型电磁式振动能量采集器。首先给出电磁式振动能量采集器的工作原理、物理模型和设计原则,然后详细介绍目前国内外各研究小组研制的电磁式振动能量采集器的几何模型、结构参数、输出结果和技术特点,最后简单分析电磁式振动能量采集器面临的困难、挑战和发展趋势。     

基于压电效应的声能量收集

对圆盘式压电能量收集器在声场作用下的电能输出效果进行了研究。将处于夹持状态的压电陶瓷片,放置在单频稳态的正弦波形声场中,由于激振作用,压电陶瓷片会产生形变。实验结果表明,在器件处于谐振状态时输出电压和功率会达到最大值。在正弦声场中,当声波频率达到907 Hz的谐振频率时压电陶瓷片的开路输出电压可以达到4.6 V;在110 dB的声场中,当负载电阻达到11.2 kΩ时,输出功率最大可达60.4μW。     

水润滑轴承水膜压力无线监测节点供电方法研究

针对水润滑轴承水膜压力无线监测节点的供电问题,提出一种旋转能量收集方法并设计能量收集装置.旋转能量收集方法应用永磁发电机将转轴旋转产生的机械能转化为电能,并由能量收集装置(整流、降压、充电管理电路与锂电池)将电能进行转换与存储后为节点在线供电.首先对能量收集装置中的各电路进行仿真,然后建立节点能量模型并对节点能耗进行分...     

结肠机器人无线能量传输系统的设计与实现

为使结肠机器人摆脱供电线缆,深入肠道内部,研制了一种无线供能装置．该装置基于电磁耦合原理,可在人体胃肠道区域产生固定频率的均匀交变磁场,并针对结肠机器人在人体内运动的功率要求、姿态与位置的不确定性及尺寸要求等,设计了合适的接收线圈模型．用不同股数的绕线制作了8种相同外形尺寸的接收线圈,比较各线圈的接收效率,最终选用10股绕线制成的线圈．实际搭建了为肠道机器人供能的无线能量传输系统,并验证了其可行性．     

新一代无线液位开关——新的振动音叉液位开关内置诊断功能

最新一代的振动音叉液位开关内置的诊断功能，有助于用户降低维护费用，并最大程度地减少非计划停机。在生产和品质受到影响之前，让操作人员解决这些问题。