基于复合振动能量采集器的自供电无线传感微系统研究

工业机械装备的在线实时状态监测和故障预警是保障工业生产安全、提高工业生产效率的重要手段.目前大多数机械装备的状态监测设备都存在体积大、功耗高的问题,并且依赖于电缆或化学电池供电,机动性、灵活性、环境适应性差.本文提出了一种基于复合振动能量采集器的高集成度自供电无线传感监测微系统,设计了压电-电磁-摩擦电三种发电方式复合...     

基于惯性旋转结构的低频振动能量采集器研究

对周围环境一些常见振动源进行采样与频谱分析,结果表明,低频振动源分布广泛且通常具有较大的振动加速度,是振动能量采集的理想来源。针对低频振动源,提出一种基于惯性旋转结构的能量采集器,可以将直线运动转换为高速惯性旋转运动,并对其工作原理与动力学模型进行详细分析。试验结果表明,该能量采集器可以从成年人的一次踩踏中收集到85.2 mJ能量,瞬时输出功率最高可达32.2 mW。通过持续收集人体行走产生的能量,该能量采集器能够成功驱动一个无线传感健康监测系统正常工作。此外,通过优化器件的尺寸及结构,该能量采集器还可以被用于采集海洋波浪能量,其平均输出功率可达112.2 mW,功率密度为58.87 μW/cm³,并探究了器件结构参数、外界激励条件等因素对输出的影响。     

自供电无线传感网络节点设计

针对无线节点续航难题,提出一种自供电无线传感网络节点设计方案。该方案采用双晶悬臂梁式压电振子自发电结构,针对传统以电容为存储介质的能量收集电路的缺陷,采用新型压电能量收集存储芯片LTC3588-1及LTC4071搭建电路,设计无线节点模块并进行试验分析。试验结果表明:该方案能量收集效率高,可满足占空比为1%的无线传感网络节点工作需求,且适应于各种复杂振动环境。     

无线传感网络在煤矿交全监测中的应用

现代化煤矿要求安全生产,在分析煤矿现有的监测、监控系统不足和无线电磁波在井下巷道的传播特性的基础上,提出了以有线网络为主,无线传感网络为补充的煤矿安全信息系统,为煤矿的安全生产提供更为可靠的保障.     

多传感器的环境信息无线监测网络设计

针对环境信息有线监测存在的问题,设计并制作3个传感节点和1个协调器的多传感器环境信息无线监测网络。提出并编写了1个地址匹配和导引码识别相结合的应用层通信协议,使传感节点与协调器形成1个简单稳定的星形拓扑网络。采用VB和数据库开发了1个具有数据显示、存储查询和控制功能的上位机监测软件,实现了良好的人机交互。经过测试,多传感器环境信息无线监测网络可以在大区域内和复杂环境下稳定、准确地监测环境中的温湿度和光照强度,并可将结果实时显示在上位机监控界面上,实现远程监测。系统可应用于气象环保、煤矿工业、精准农业等领域,具有一定的实用价值和良好的市场前景。     

基于无线传感器网络的主机温度采集监测系统

无线传感器网络具有海量数据信息采集、分析处理、存储等功能,网络本身具有无线、多跳、自组织等特点.在传感器节点的帮助下,形成了一个新的网络系统.这种无线传感器网络多用于我国军事工业、生态环境监测、地质预警等特殊工作环境.在船舶实际运行过程中,许多工程师通过监测汽缸排气温度来分析船舶主机的运行情况.因此,加强对船舶主机单缸...     

采用无线单片机的高压供电监测器设计

针对高电压供电监测中采用电压互感器和电流互感器体积大、绝缘要求高的缺点,设计了一套基于无线单片机的高压供电监测器电路。由于该电路采用无线单片机无线传输数据,高压与低压侧彻底分开,不但有效解决了高压绝缘问题,而且新的监测器体积更小,功能更强,相对于操作人员和监控值班员更加安全方便。     

机械设备状态监测无线传感器网络研究进展

通过分析无线传感器网络（wireless sensors network,简称WSN）的优势和潜能,提出将无线传感器网络应用于机械设备状态监测中,以弥补目前有线连接的机械设备状态监测系统的局限性。针对目前机械设备状态监测中所用的无线传感器网络节点硬件性能偏低、采样频率也低、缺乏信号同步采集研究、对大量数据快速可靠传输研究偏少、对于反映机械设备状态最关键的机械振动的监测还难以实现等问题,提出要实现基于无线传感器网络的机械设备状态监测,必须解决高速同步采集、实时可靠传输和能量供应等难题。指出了低成本、低功耗、微型化、网络化、多功能化将是无线传感器网络在机械设备状态监测应用中的发展方向。     

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。     

交通环境能量采集及自供能交通设施 健康状态监测研究进展

从交通环境中采集能量为交通设施健康状态监测供电,不仅便捷、可持续,而且零碳环保,有益于我国“双碳”目标实现。目前关于交通环境能量采集、交通设施健康状态监测的研究有很多,但是还未见从自供能交通设施健康状态监测角度综述、总结和提炼的报道。本文概述了交通环境能量源及机电转换机制,阐述了交通设施健康状态监测的基本内容和研究进展,强调交通环境能量采集是解决交通设施健康状态监测供电问题的潜在方案,重点论述了交通环境能量采集方法及交通设施健康状态监测中的应用,探讨了自供能交通设施健康状态监测面临的挑战并进行了展望。     

Self-powered structural health monitoring with nonlinear energy harvesting system

The present paper describes the application of the fully self-powered structural health monitoring (SHM). Based on the nonlinear process of microgenerators that directly convert ambient mechanical energy into electrical energy, using the synchronized switch harvesting (SSH) method developed in our laboratory, the nonwired SHM system is equipped. The system is separated into two parts. One is an autonomous wireless transmitter (AWT), its mass is 28.9 g, and it generates a radio frequency (RF) signal and a Lamb waveform as a damage index signal. Another part is these receivers, called autonomous wireless receiver (AWR), and its weight is of 67.6 g. A preliminary design of the device using shelf electronics and surface mounted piezoelectric patches is presented. The energy balance shows that more than enough energy to operate these processes can be obtained within 10 s (when around 50 Hz and more than 2 MPa of the stress level). Some different damage index measurements of SHM are finally discussed.     

Fiber laser sensors for micro seismic monitoring

Micro seismic monitoring technologies based on fiber laser sensors were introduced. Owing to the characteristics of narrow line width, low noise, fiber laser sensing can achieve high sensitivity and low system noise through some methods, such as enhance-sensitivity packaging, interferometric demodulation technology. With the advantages of small in size, resistant to high temperature and pressure, and easy to be wavelength division multiplexing, it is very fit for micro seismic monitoring. The principles of fiber laser hydrophone and fiber laser accelerometer were described. Some factual application examples of using these fiber laser sensors for micro seismic monitoring were presented.     

密度比对半主动拍动翼海流能采集系统影响研究

针对基于振荡水翼的海流能采集系统水动力学机理尚不完全清楚的问题,对半主动海流能采集系统的各项参数进行了数值模拟研究。半主动海流能采集系统俯仰运动由执行机构通过外力控制,升沉运动由作用在水翼上的水动力激发。先研究了最大有效攻角、拍动频率对系统能量采集效率的影响,进一步研究了水翼与流体的密度比对系统能量采集效率的影响。研究结果表明,密度比对系统的能量采集效率有较大影响,在所选用的参数范围内,能量采集效率随着密度比减小而增大。因此,水翼本身的惯性的影响在半主动海流能采集系统的研究中不可忽略。     

Evaluation of transient eddy current oscillations response for thickness measurement of stainless steel plate

Detection of a wall thickness change in pipelines is extremely important to avoid unwanted leakages and accident reduction in industrial structures. In the present study, transient eddy current oscillation (TECO) nondestructive testing (NDT) method has been used to detect the thickness of stainless specimen. Damped free running oscillations that are generated by cyclic exchange of energy between a capacitor and an induction coil in the TECO probe, are used to induce the eddy currents into the test specimen. The resultant magnetic field is detected by using a Hall sensor in the vicinity of the test specimen. The experimental results are analyzed in the frequency domain by calculating the power spectral density (PSD) of the detected decay of oscillations response from the probe. Two features, peak frequency and −3 dB bandwidth of the PSD, are used to interpret the thickness variation in test specimen. The TECO method has been successfully applied to measure the thickness of stainless steel plates.     

水平轴潮流能捕获桨叶翼型的性能分析与优化

针对水平轴潮流能发电桨叶专用翼型的设计问题,对翼型的流场、翼型捕获能量的机理、二维翼型的升阻力系数和x方向切应力系数等方面进行了研究,对航空翼型与风力发电机专用翼型在捕获冲击能量上的不足之处进行了探讨,提出了一种水平轴潮流能发电桨叶专用翼型的设计方法,该翼型能综合利用压差升力与冲击作用力,从而提高潮流能的整体捕获效率。基于叶素动量理论并借助Matlab迭代,求解出了桨叶21个截面的弦长与扭角,利用Cincinnati加工中心制作了桨叶并在水槽实验平台上进行了试验,观察并记录发电数据。试验结果表明,通过增加翼型尾部弯度能有效提高水平轴潮流能发电桨叶的自启动性能和能量捕获效率,验证了该设计方法的正确性与有效性。     

A flexible thin-film for powering stand alone electronic devices

This paper presents a flexible thin-film (FTF) composed by a photovoltaic (PV) cell, a flexible solid-state rechargeable battery and power management electronics. A flexible printed circuit board (fPCB) was used for providing physical support to the electronics and to the battery, whereas a PDMS (polydimethylsiloxane) layer was used for providing mechanical adhesion between the PV cell and the fPCB. The high elasticity of the PDMS makes this material an excellent candidate for adapting two materials with different thermal expansions (fPCB and PV). The physical measurements showed a prototype with a thickness in the range 1.52 ± 0.10 mm, 10 g of weight and 37 × 114 mm of size. The electrical measurements showed ability to provide an output voltage of 3.8 V in a continuously form under these conditions: the PV providing DC power for solar irradiations higher than 6 W m⁻², and the battery providing DC power for solar irradiations above bellow 6 W m⁻² (value that has emerged during the twilight between sunset and dusk).     

基于无线传感技术的大型起重机械监测系统开发与应用

简要介绍了ASHM实验室近两年在基于无线传感技术的大型起重机械健康监测技术研究方面所取得的阶段性研究成果,研究成果已在现场进行应用试验,效果良好.该系统主要由无线传感器系统、数据采集网关、数据处理服务器与结构健康评估系统组成.大型起重机械结构健康监测技术不仅能够实现对起重机械结构健康状况进行实时监测,且能及时捕获起重机械结构失效的前兆,预防突发性灾难事故,从而避免重大人员伤亡与财产损失.