基于同步翻转电荷提取的多压电能量俘获电路

针对多压电能量俘获问题,提出了一种可拓展的自供电同步翻转电荷提取(Extensible Self-Powered Synchronous Inver-sion and Charge Extraction Circuit,ESP-SICE)接口电路.所提出的接口具有自供电、无整流桥设计的特点.电路通过同步电压翻转提高开路电压,通过同步电荷提取可在任意相位差下从多个压电换能器俘获能量而不仅限于时分复用的方式.仿真和实验结果表明,ESP-SICE电路单个压电能量的提取效率可达全桥整流电路最大功率的4.2倍.     

自供电的同步翻转与电荷提取电路设计

同步翻转和电荷提取(Synchronous Inversion and Charge Extraction, SICE)电路是低耦合压电系统中最为有效的接口电路之一。提出了一种自供电的同步翻转与电荷提取(Self-Powered Synchronous Inversion and Charge Extraction, SP-SICE)电路。所提出的接口电路使用一个正/负峰值检测模块,具有共享电感、自供电和无整流桥等特点。当压电元件电压达到正峰值时,翻转电压;当压电元件电压达到负峰值时,提取能量。LTspice仿真和实验结果都表明SP-SICE电路的有效性,并且其输出功率可以达到SECE电路最大输出功率的1.9倍。     

基于 ＦＮＯＶ￣ＭＰＰＴ 的多压电输入无整流桥的能量采集电路的研究

环境能量俘获中压电振动能量采集的接口电路设计已成为近几年研究的热点之一。串联同步开关电感S-SSHI(Series Synchronous Switch Harvesting on Inductor)接口电路作为一种常用的能量采集接口电路。只有当负载阻抗与压电元件(PZT)输出阻抗匹配时,才能获得最大能量转换效率。针对以上问题,本文提出了一种无分时开路电压法的最大功率跟踪Fractional Normal-Operation Voltage Maximum Power Point Tracking (FNOV-MPPT)控制电路用于S-SSHI接口电路的最大功率跟踪,与传统的分时开路电压法相比,无需断开PZT与负载端的连接,在S-SSHI接口电路正常工作期间进行最大功率跟踪,其效率最高可达97%。采用的极值检测电路只用四个三极管和一个检测电容,降低了电路功耗。同时本文所提出的电路具有很好的扩展性,可以通过一个FNOV-MPPT控制电路的方式进行多PZT能量同时采集。     

一种高效快速稳定压电能量存储电路

针对压电能量采集技术对高效与快速稳定的实际需求,基于串联电感开关同步电荷采集电路(S-SSHI)研究,改进设计了一种高效快速的无源S-SSHI.确定压电换能器等效电路,对改进无源S-SSHI电压稳定响应时间和输出功率进行模拟仿真和实验分析.结果表明:电路在低负载(小于20 kΩ)的情况下有较高的能量输出,达51.243 mW,是经典电路最高输出功率的4.95倍,具有电压响应稳定、时间快的特点.高功率和快速稳定的特征将为无线网络节点供能的工程设计提供理论依据.     

一种自感知型电感同步开关能量采集电路

电感同步开关能量采集(SSHI)电路可显著提高压电式振动能量采集装置的工作效率,然而其开关控制需要外接传感器和控制器。为此,文中提出了一种自感知电感同步开关能量采集电路(SS-SSHI),可完全不依赖外部检测和控制设备,仅通过模拟电路即可自动实现SSHI电路开关的自动开闭和电压翻转。本文阐述了SS-SSHI电路的工作原理,分析了SS-SSHI电路工作状态及功率变化。理论和实验研究表明使用SS-SSHI电路能够显著的提高能量采集效率,相比于标准能量采集电路(SEH),最大输出功率可提高99.23%。     

自供电的同步电荷提取电路的优化设计

利用压电元件的压电效应将外界振动产生的机械能转化为电能是当前一种有效的俘能方法。将压电元件表面累积的电荷进行有效提取是这种俘能方法的关键。因此,高效的电荷提取电路的设计显得特别重要。本文提出了一种自供电同步电荷提取电路SP-OSCE（Self-Powered Optimized Synchronous Charge Extraction Circuit）,使用两个无源的极值检测电路检测压电元件输出信号的正负极值并在极值点进行能量提取。所提出的SP-OSCE电路采用整流电路、极值检测电路元件复用的方法,从而避免了传统的整流桥结构;电路不但提取了压电元件受夹电容中的电荷,而且将检测电容中所积累的电荷提取到电感上,提高了能量的转换效率。通过Multisim建模仿真验证了所设计电路的有效性,进而进行了物理验证,实验表明与仿真结果相吻合。     

自供电的压电振动能与温差热电能融合采集电路设计

环境能量俘获中压电振动能和温差热电能的俘获电路设计已成为近几年研究的热点之一。但由于存在压电换能器和热电换能器输出的能量分别是交、直流形式而难以同时俘获,且热电换能器的开路电压通常要低于三极管的阈值电压而需要借助外部电源供电等问题,本文提出了一种自供电的混合式同步电荷提取HSP-SECE(Hybrid Self-Powered Synchronous Electric Charge Extraction)电路。所提出的HSP-SECE电路,通过压电电压峰值的检测,在其达到峰值时进行压电振动能和温差热电能的同步提取,实现两种能量的融合采集。仿真和实验测试表明,所提出的电路可以有效实现温差热电能和压电振动能的同步采集,与现有的电路相比,在俘获效率、自供电和负载相关性等方面,具有较为明显的优势和特色。     

PVDF压电加速度传感器电荷灵敏度影响因素分析

建立PVDF压电模型,依据压电方程和加速度计基本原理,推导和分析了PVDF压电薄膜加速度传感器电荷灵敏度的影响因素,并设计实验进行了验证.公式推导和实验证明,PVDF压电加速度传感器电荷灵敏度随压电薄膜的面积增大而增大,随厚度增大而减小.,随预紧弹簧的刚度增大而减小.     

压电发电系统无源同步开关设计及实验研究

压电材料是一种价格低廉,性能稳定的储能、换能材料。利用磁铁结合压电振子,通过电机转动,可以无接触驱动压电振子进行振动。电机旋转一周,不同磁极的磁铁交替驱动压电振子振动,改变电机转速使压电振子产生谐振可获得最大输出电压。同时,磁铁周期性对无源磁性开关进行吸合可产生同步开关信号,合理布置磁性开关使磁性开关信号与压电波形的正峰值与负峰值进行同步,搭建了实验装置并进行了实验,结果表明磁性开关可以很精确的在压电电压波形的两个峰值进行闭合。这为SECE、SSHI电路实际使用提供了一种可行的同步开关设计方法。     

涡街流量计中电荷放大电路的研究与设计

通过对普遍使用于压电式涡街流量计上的电荷放大电路的深入理论分析和计算,对原有的电路进行了改进,提高了压电式涡街流量计对低流速流体的测量性能, 从而降低了测量的下限值。     

基于压电传感器的零点漂移改善电路的研究

针对弹药发射及侵彻过程中高速大量程冲击信号的测量需求,设计了一种基于电荷传感器的高冲击弹载侵彻加速度测量电路,解决了常规弹载记录仪在侵彻过程中压电传感器因高过载而产生的严重信号值零点漂移的现象;通过对压电传感器的零点漂移现象的机理分析以及推导电荷转换等效电路中零点漂移电压的相关表达式,提出在前端采集的调理电路中用晶体管与运算放大器搭建了加推挽电流放大级的电荷放大器的方案,增强电路驱动能力,加快压电传感器放电速度;改善电路可替代例如小波分析等事后处理数据消除零点漂移的算法,在信号源头处解决零点漂移现象,并且实现在FPGA中搭建FIR滤波器对信号进行滤波,去除机械结构共振与传感器安装谐振造成的信号失真现象,满足测量常规弹药侵彻过程高过载连续动态特性的实时性测量,对研究这类工程问题的人员实现对测量电路改进具有指导意义。     

位同步时钟提取电路的设计与实现

该设计方案分析信号在模拟信道传输的情况下,实现了基于FPGA的位同步时钟的提取。其中,整形电路利用滞回比较器,提高系统的抗干扰能力;高低电平计数取平均设计解决了前级电路导致的高低电平宽度不同的问题,提高了提取时钟的准确性和稳定度。通过测量,提取的位同步时钟误差小于1%,且其抖动小于一个位同步周期的10%。     

PIC32MX单片机的无同步时钟电路HBS通信设计

家庭总线系统(HBS,Home Bus System)是商用空调控制领域应用最广泛的总线通信方式.该方式通常需要一个同步时钟信号对原有信号进行调制,最终实现接线端子的无极性连接.本文选用的PIC32 MX单片机没有同步时钟 I/O口,并且在无模拟外部同步时钟电路的情况下,使用异步接收同步无调制发送的方式实现了 HBS通信,解决了主芯片选用限制问题.由于此系列单片机同步和异步串行通信的收发均可单独配置,所以此种方式并不占用多余的 I/O口.     

相控断路器分闸相角检测研究

针对南方电网某供电局10kV无功补偿电容器故障率较高的问题,拟在南方电网某110kV变电站采用分相投切电容器组,抑制合闸涌流和减小分闸重燃概率.分相分合闸技术的实现需要较高的相位检测精度.根据南方电网某110kV变电站运行数据,在MATLAB中建立仿真模型.采集变压器二次侧10kV处电压信号时长为1s,通过相关分析(扫...     

基于相位谱分析技术的图像特征提取研究*

讨论了Fourier 变换后得到的相位信息中包含有丰富的纹理结构信息。将相位一致性原理应用于边缘检测中, 取得了很好的效果, 展示了相位信息所揭示的图像的本质特征。利用相位重构图像能够在很大程度上去除光照条件影响的特性, 通过光照无关特征提取对人脸图像进行处理, 提高了识别准确率, 同时也证明了相位谱重构与相位一致性分析结合可以进行人脸图像的光照无关特征提取。     

高效压电能收集电路仿真

基于环境中压电振动能的收集,提出一种高效的压电收集电路。所提出的电路包括两个压电片、一个基于电感的并联同步开关收集电路(P-SSHI)、一个信号调理电路和一个控制电路。其中一个薄压电片可以为另一个主压电片提供信号。所设计的电路既不需要二极管也不需要复杂的控制信号,可以改善压电能收集能力,并且这种压电能收集电路在日常生活中更容易使用。基于0.5μm CMOS工艺仿真结果显示所收集的最大功率超过140μW,相对传统的AC-DC电路提高9倍以上,效率效率达到93.1%。     

基于RVM和相空间重构的模拟电路PHM研究

针对模拟电路健康管理的特点,提出了一种基于RVM的模拟电路故障诊断和预测方法。首先对模拟电路作蒙特卡罗分析得到输出频域响应,然后利用小波分解与重构方法提取模拟电路的故障特征,最后用相关向量机分别对电路进行了单一故障和双故障的诊断研究。接着,对电路进行参数分析,得到不同参数值下的输出响应,计算其与电路无故障标准响应的欧氏距离作为故障特征,并以此表征电路元件健康值,结合相空间重构方法,得到相关向量机的输入输出样本,随后训练学习并实现对各个时间点元件的健康值变化轨迹进行预测。仿真结果表明,该方法在小样本情况下,诊断和预测效果好,适用于健康管理中实时预测,具有较好的实用性。