基于气体激励的压电俘能技术及其在气动系统中的应用与展望

气动技术正朝着智能化、无线化的方向发展,越来越多的智能传感器引入到气动系统来实现监测与反馈,因此实现传感器长期稳定的供能是当前气动系统亟待解决的关键问题之一。研究表明,利用压电材料可产生毫瓦级的电能输出,能量级数可以满足低功耗传感器的能耗需求,因此该技术有望作为一种新型的供电技术为电池续航,使低功耗传感器长时间稳定地工作。基于此,介绍了压电能量收集技术的起源,气体激励下的压电俘能器结构与研究现状,以及气动系统压力能转化为电能的相关工作。研究结果表明,压电材料可以将气体压力能直接转化为电能,其单片最大输出功率接近10 mW,通过对电能的整理与存储可使气动系统中磁性开关正常工作。该技术可增大电池的使用寿命,甚至将来或可成为气动系统低功耗传感器能量的主要来源。     

全方向振动能收集转电能装置设计

传感器等微小设备使用功率越来小,人类行走,车辆运行,机械运转,海水波涛起伏等等现象都存在振动,使得振动能量转换为电能可以作为微小设备传感器的能量源,是当前振动能利用的研究热点之一,针对无线监测中电池寿命限制整个系统使用寿命问题,研究一种振动能量供电系统,将振动能量转为电能,利用质量球作为全方向收集振动能的动力源,联接机械系统以自行收集微小振动能,在达到定值时自动释放能量,转换成电能,并以高于汲取的功率释放,使得由机械能转换的电能电压可以直接为电子设备使用。对不便更换电池的监测系统中电能的补充,延长监测系统中电池使用寿命具有重要意义。     

城市交通道路新型长行程拾振器能量收集装置研究

随着现代城市的不断发展进步,城市道路交通在人们的日常生产生活中变得越来越重要,而随之出现的振动能量大部分被道路本身所吸收,从而被毫无价值地消耗掉。现应用城市道路交通振动能量收集和再利用的相关技术,建立一种振动能量收集装置,将环境中的振动机械能转化为可利用电能,从而为低功耗器件供电,对于拓展新的能源渠道、解决城市电力紧张状况等具有重大意义。     

基于915 MHz射频能量采集系统设计

随着超低功耗集成电子技术的发展,利用日益丰富的射频能量给低功耗设备供电成为了可能。设计并实现了一种基于915 MHz特定射频源的射频能量采集系统,研究了系统充电速率与射频源距离和位置的关系,分析了漏电特性对系统性能的影响。研究结果表明,该系统可在有效范围内输出稳定的3 V直流电压,可对低功耗传感器节点有效供电。     

气动高压激励的阵列式盘型压电俘能器

提出了利用气动高压激励的阵列式盘型压电俘能器实现气体能量的转化,以满足低功耗传感器的自供能需求。通过压电单晶片将气缸内部高压气体能量转化为电能,设计了阵列式盘型压电俘能器的样机结构;结合气缸的正常工作状态,分析了压电阵列的工作原理并进行了相应的实验。理论分析显示:盘型压电阵列具有较高的电荷量与良好的电容性,适合对具有交变载荷的高压气体能量进行收集。采用外径为12 mm、厚度为0.2 mm的压电单晶片及缸径为63mm、行程为150mm的气缸制作了实验样机,利用气动组件模拟气体环境搭建了测试系统。分别调节压力、周期、流量等参数进行了实验测试。结果表明:在交变的气动高压激励下,阵列式盘型压电俘能器可较好地收集交变高压气体载荷能量,其最佳匹配电阻为600kΩ,最大的瞬时功率为1 052μW,输出功率可满足低功耗传感器的能量需求。     

压电阵列双相能量收集器的有限元分析模型

文中基于压电阵列双相能量收集器的压电效应和磁–力–电耦合效应,提出了一种宽频的能量收集结构.该结构可同时俘获环境中广泛存在的机械振动和磁场能量,从而实现低功耗电子设备的自供电.利用有限元软件COMSOL建立了压电阵列双相能量收集器的几何模型并进行数值仿真,分析了不同载荷以及组份材料参数对俘能器性能的影响.研究结果表明,...     

适用于输电线路监测的自供电无线在线监测系统

高空输电线路的实时在线监测对于电网安全可靠运行非常重要,然而输电线路在线监测系统的传统电源供给方式如感应取电、太阳能等方式,难以满足实际应用场景的需求。提出一种基于电磁-压电-摩擦纳米发电机的混合式自供电能量收集方法,将输电线路振动能转换为电能为在线监测系统供电,同时采集输电线路温度、弧垂、微风振动信息,无线发送至终端服务器,实现对电网线路的实时监控预警。系统包括复合能量收集器、电源管理模块、传感监测模块、无线通信模块、数据分析与处理模块等,实现低功耗自供电感知、无线数据收发、电磁屏蔽、数据分析与展示及实时监控预警等多项功能。系统收集环境振动能实现自供电传感,结合无线传输互联网技术形成的无线输电线监测网络实时性强、监测效率高,对提高国家电力系统的稳定性和可靠性具有非常重要的意义。     

多芯电缆微弱磁场能量采集器的高效管理电路

现有磁场能量采集器标准能量管理电路效率低、功耗高、输入阈值功率高,在换能器采集较弱磁场能量时,难以驱动多 芯电缆监测系统。 针对上述问题,本文提出了一种间歇充放电的低功耗多芯电缆微弱磁场能量采集管理电路方案,设计了自供 电的低功耗间歇控制电路,大幅度降低功耗。 该电路通过自供电变频匹配,提高管理电路的能量转换效率。 实验结果表明,当 三芯电缆通过 40 A、50 Hz 的交流电时,磁场能量采集器输出功率为 3. 3 mW,管理电路的最大输出功率可达 2. 45 mW,最大效 率 74. 24% ,较标准能量采集管理电路提升了 6. 9 倍。 所提出的超低功耗自供电控制电路,满足启动阈值的最小平均功耗仅为 1. 52 μW,仅为带辅助电源的控制电路功耗的 5. 93% 。 该高效管理电路不仅可以用于多芯电缆微弱能量采集,还可以用于由于 铠装屏蔽导致的微弱电缆周边磁场、电磁振动能量采集器、反向散射传感器网络等微弱感性磁场能量管理。     

一种基于液压效应的振动能量采集和转换装置的设计

设计了一种基于液压效应的振动能量采集和转换装置,能持续地采集环境振动能量,利用压电效应产生电能,为毫微瓦级传感器节点供电,实现了节点供电的免维护性。     

新型同步机械开关提升压电能量收集效率及其在非线性系统下的特性分析

针对压电能量收集(PEH)技术中的自供电电感同步开关能量收集电路(SP-SSHI)有相当大的能量损失问题,对电感同步开关能量收集电路(SSHI)、采用电子开关的SP-SSHI(ESP-SSHI)电路以及位移极值检测传感器等方面进行了研究,并通过对已有的同步机械开关的SP-SSHI(MSP-SSHI)进行了总结归纳,提出了一款新型的同步机械开关。将该同步机械开关运用到自供电电感同步开关能量收集电路中,且对该机电MSP-SSHI系统进行了建模分析和实验对比。研究结果表明:MSP-SSHI工作在线性条件下时,比传统能量收集电路有较高的能量收集效率;工作在双稳态惯性振荡非线性系统下时,有更宽的能量收集频率范围。     

微型传感器自供能技术

介绍自供电技术中常用的能量源,总结了各种自供电技术.分析了机电转换模型和方法.针对具体应用环境,为微型传感器和电子器件的长期自供能提供了思路.     

用于旋转环境的磁致伸缩振动能量收集方法研究

随着无线传感器的功率消耗从mW级降到了μW级,对无线小功率设备的供电有了新的可能.本文设计并实验了一种新型的基于磁致伸缩材料(铁镓合金)的振动能量收集装置.可以应用于对低频旋转环境中存在的振动进行收集并转换为电能,工作转速范围为0～150 r/min.搭建了实验平台,进行实验分析.实验结果表明,偏置磁场摆放在最佳位置,添加5 g的自由配重块,系统可以产生最高电压为320 mV,最大功率为232 μW.     

具有迟滞触发特性的振动能量收集器管理电路北大核心CSCD

在应用了电磁式振动能量收集技术的无线传感器网络节点中,针对半导体芯片在微能量供电的情况下会锁定在一个较低的亚阈值电压使其无法正常工作的问题,文中设计了具有迟滞触发特性的振动能量收集器管理电路。该电路在储能电压达到阈值之前,开关断开,保证存储足够能量。通过Proteus软件对管理电路进行仿真并分析其工作原理。设计管理电路PCB,完成联调测试。实验证明:电路具有明显的迟滞触发性能,静态功耗低,能稳定为无线传感器网络节点提供充足电能。     

压电悬臂梁采收低频振动能的理论分析与仿真

采收环境振动能量为无线网络传感器供电是近年来研究的热点,目前还没有一个完整的理论和解决方案.文中设计了一种压电悬臂梁结构的环境振动能量采收装置,研究了悬臂梁压电振子结构受激励后产生电荷量与频率的关系,并进行了ANSYS仿真,得出了最佳的机电耦合模型和压电悬臂梁几何尺寸对固有频率的影响的关系.为采收环境低频振动能量,实现网络传感器自供电装置提供了设计的理论依据.     

管道网络中能量收集技术及应用

随着城市发展,天然气、石油、水和其他液体和气体的输送需求不断增加,城市管网的规模也不断扩大,然而我国管道管网泄漏严重,导致大量资源浪费。为了及时发现泄漏或预警能发生泄漏,可在管网中布置传感器等监测设备对管网内压力、流量等数据进行监测、分析,把问题提前发现,提前解决。可靠的电源供给是管道网络无线传感器节点有效运行的关键,管道系统内环境较为恶劣,蓄电池有寿命周期,保证传感器正常工作提供电能问题已经成为限制管道网络智能化发展的瓶颈问题,随着能量收集技术的发展以及管道系统内拥有丰富的能量收集潜力,给无线传感器节点电力传感器能源供给问题提供新思路。管道系统内拥有丰富的能量收集资源。如何收集动势能、振动能、温差能、太阳能、风能、振动能等为管道系统中的传感器节点可用的能量是该研究的目的。梳理了不同类别的技术的适用场合,在此基础上,进一步探讨了管道系统能量收集技术的发展方向和未来前景。     

煤机设备无线自供电状态监测系统

针对当下煤机设备状态监测系统时效性差、通信电缆铺设困难、需要定期更换电池等问题,提出了一种基于无线传感器网络与自供电技术的监测系统设计方法。系统由能量采集模块、无线传感器网络及监测上位机组成,通过能量采集模块收集煤机设备振动能量为节点电路供电,采用无线传感器网络与上位机实现设备关键状态信息的采集、传输与处理。测试结果表明,系统可在30 m有效范围内实现对煤机设备运行状态的实时监测,能量采集模块最大输出功率可达378 mW,能够有效收集设备振动能量实现系统能源自供给。     

基于压电悬臂梁振动能量收集器的摩擦自激振动能量收集

针对机械装备滑动摩擦副广泛存在的高强度摩擦自激振动,设计了结构简单的压电悬臂梁振动能量收集器并安装在滑动摩擦副上,以实现将摩擦自激振动能量转换为电能。通过在CETR摩擦磨损试验机上开展摩擦自激振动能量收集试验以及进行相应的有限元和数值仿真分析,验证设计的压电悬臂梁振动能量收集器的效果并分析其机理。结果表明,压电悬臂梁振动能量收集器输出电压的时域演变规律和频域特性与相应的摩擦自激振动信号一致,故设计的压电悬臂梁振动能量收集器可有效地将摩擦自激振动能量转换为电能,实现了摩擦自激振动能量的收集;法向载荷的增大使得输入摩擦系统的能量显著增强,导致摩擦副界面摩擦自激振动强度增大,从而增加了压电悬臂梁振动能量收集器的激励源强度,使其输出电压显著增大;在较大的法向载荷作用下压电悬臂梁振动能量收集器的输出电压最大值达到近4 V且频率较高,可为低功率传感器提供电能供应。     

高寒地区铁路能量采集储存及利用系统的设计

为了应对中国铁路建设在高寒地区遇到的供电问题,设计了一套高寒地区铁路能量采集储存及利用系统,从能量的采集、储存、利用三个方面完成了系统设计,通过铁路自供电系统为其配套的监控设备、轨旁设备等进行供电,可在一定程度上解决高寒地区铁路建设、运营中供电困难的问题,同时还具有低碳环保、节能减排的特点和效果。     

220kV智能变电站运行的异常缺陷及技术改进

220kV智能变电站作为电力系统中的关键组成部分,具有供电可靠性、电能质量稳定等功能,然而,在长期运行中,由于设备老化、环境变化以及通信系统等因素的影响,变电站会出现异常缺陷,威胁到供电系统的正常运行。因此,对变电站运行中的异常缺陷进行及时识别和解决至关重要。文章针对220kV智能变电站运行的异常缺陷及技术改进措施展开详细分析,为进一步促进电力作业顺利开展提供技术支持。     

HTSC高压动态无功补偿装置在矿山供电系统中的研究与应用

在矿山企业供电系统中,为更好的补偿系统中的无功,提高供电系统中电能的质量、提高电能的利用率,确保该供电系统中的功率因数达到国家要求,同时,保证供电的安全性与稳定性,本研究在此前提上,提出了HTSC高压动态无功补偿装置在矿山供电系统中的研究应用,效果明显。