惯性式波浪能供电浮标的液压能量转换系统设计研究

浮标是海洋探测的重要工具,就地取能利用波浪能为浮标供电可以满足其对高电能供给的需求。针对惯性式波浪能供电浮标,研究其液压能量转换系统的设计方法。利用CUMMINS时域方程建立描述由浮标和内部惯性体组成的双体系统的非线性间断动力学模型,得到影响波浪能量捕获过程的主要因素如下：蓄能器的压强体积比Ka和综合液压马达排量、发电机负载电阻与特征系数的影响系数Kr。在液压蓄能器容积为无限大的假设前提下,得到悬挂弹簧的最优弹性系数。对液压系统参数的研究表明,Ka不影响捕获的波浪能功率以及蓄能器平均压强但影响蓄能器压强的波动幅度;捕获的波浪能功率为Kr的单峰函数,而峰值处对应着Kr的最优值;使蓄能器压强标准差系数达到规定阈值的最大Ka值即为Ka的最优值。     

超精密平面磨削0.1μm微量进给装置的实验研究

微量进给可满足可延性磨削的要求,微量进给装置采用压电陶瓷作为控制元件,通过调节空气轴承供气压力,实现超精密平面磨削０．０１μｍ的微进给量,实验表明该装置可用于磨床导轨误差的缓进给补偿控制中。     

真空收集装置的空气动力学特征仿真与实验研究

针对纯吸式真空收集装置收集作业时,其作业断面不平坦而导致其收集深度无法控制的问题,提出在收集装置内加入导流板以改变作业断面平坦度的研究思路。利用流体力学计算软件Fluent中的k-ε湍流模型,对收集装置的空气动力学特征进行了数值仿真,分析了导流板位置尺寸和安装角度对收集装置内部流场的影响,优化了导流板安装尺寸。建立了真空收集装置实验平台,实验结果表明,研制的真空收集装置在进行地面散料收集时,作业断面平整,收集深度可控。     

超精密平面磨削0.01μm微量进给装置的实验研究

微量进给可满足可延性磨削的要求,微量进给装置采用压电陶瓷作为控制元件,通过调节空气轴承供气压力,实现超精密平面磨削０．０１μｍ的微进给量,实验表明该装置可用于磨床导轨误差的缓进给补偿控制中。     

采用磁电自供能的能量储存和电源管理电路研究

普通Fe-Ni/PZT磁电复合结构将电磁能转化为电能时输出低,无法驱动无线传感器工作,本文设计了一种更高磁电电压系数的H型音叉式磁电复合结构。论文详细介绍了该结构的工作原理和磁电输出特性。在强度为0.2Oe的交变磁场激励下,该磁电复合结构能够把容量为1.5F的超级电容充电至0.5V。为有效利用超级电容中的电量,本文提出了一种能够提高超级电容输出功率的电能瞬间放电电路。实验结果表明,当超级电容电压为0.5V左右时,在间隙脉冲串(Burst)触发信号频率为30kHz、占空比为75%的条件下,该电路最大放电功率可达120mW,放电时间持续620ms,能够驱动无线传感器在一个发射周期内正常工作。     

基于波浪能的海洋浮标发电系统

波浪能是一种新型的清洁能源,近几年提出多种对波浪能进行开发的方案,但大多都是在波浪和发电机之间加入转化装置,这样效率低,成本高。为简化波能转化装置,提高波浪能的利用率,降低波能转化装置的成本,设计一套基于波浪能的海洋浮标发电系统,可以直接将波浪能转化为电能。详细叙述海洋浮标发电系统方案设计;并对海洋浮标进行运动建模和参数推导分析;基于Matlab对发电机在不同海况下进行仿真,得到空载电压波形,根据波形理论分析出影响发电机性能的主要因素为波高和频率。理论分析及仿真结果可以指导导磁结构的圆筒型直线发电机的理论研究,并为基于波浪能的海洋浮标发电系统的工程应用提供依据。     

基于驰振的压电能量采集器建模与实验研究

针对低信噪比环境下核电站松动件的检测,以降低误报率、漏报率为目标,提出了一种基于盲解卷积算法的松动部件冲击响应提取方法,并进一步结合支持向量机分类辨识算法,给出了一种低信噪比环境下核电站松动部件检测方法。利用叠加实堆背景噪声的平板钢球跌落实验数据开展了报警研究,并对盲解卷积算法进行了参数优化设计。结果表明：优化后的盲解卷积算法能够很好地恢复出信噪比低至-20dB的冲击响应信号,并使噪声能量降低了75%,有效抑制了噪声;给出的松动部件检测方法在信噪比低至-14dB时,仍具有极低的漏报率,并且噪声误报率和脉冲干扰误报率为零,因而具有良好的抗误报、抗漏报能力。     

集成式压电路面能量收集装置输出性能的实验

为了促进路面压电技术的实际应用,设计了一种具有保护措施的压电装置.进而设计了相应的实验系统,综合了车辙实验仪的路面碾压工况近似模拟和MTS实验机的高频激励双重优点.以储能电容的充电时间作为压电输出性能的衡量指标,对压电装置进行实验研究.结果表明:冲击荷载和冲击频率对压电装置输出效果的影响程度较为显著,在实际应用中应重点...     

基于驰振的压电能量采集器建模与实验研究

在压电能量采集器分布参数模型的基础上,对驰振作用下悬臂式压电能量采集器的振动和能量采集情况作进一步理论分析,得到质量块起振风速以及从起振到驰振过程中所采集到功率的解析解。利用直流式闭口低速风洞分别对正三棱柱、正四棱柱悬臂式压电能量采集器进行实验测试,结果表明,正四棱柱能量采集器和正三棱柱能量采集器的采集功率分别达到0.248 5 mW和0.125 9 mW。通过对采集功率和电压时程曲线进行对比,其理论解和实验值吻合程度较高,理论模型具有较高精度。通过理论模型分析发现：风速越大,质量块质量越小,能量采集器采集功率越高;对于不同条件下的能量采集器均存在最优外载阻值,低风速下还会出现双最优外载阻值。     

混沌振子双稳态悬臂梁俘能器特性研究

目前对双稳态悬臂梁俘能器的研究主要是基于受简谐激励或随机激励。提出Duffing振子混沌振动激励模型,将悬臂梁俘能器固定于Duffing振子上,振子的振动输出作为悬臂梁俘能器的动力输入。振子与悬臂梁俘能器构成一个两自由度非线性振动模型,建立了该模型运动微分方程。分析了单参数变化下,俘能器结构参数对俘能效果的影响。研究表明,在特定的混沌振动形式下,等效阻尼系数、等效刚度系数存在一个合理的取值区间以及最优等效负载电阻,使得俘能器俘能效果较好。     

宽频压电振动能量采集器的实验研究

为改善线性单频谐振式压电振动能量采集器的输出性能,研制了双自由度宽频压电振动能量采集器样机模型,搭建了样机实验测试平台,研究了系统刚度比和负载电阻等参数对能量采集器输出性能的影响。通过调节系统刚度比,不仅可以拓宽压电振动能量采集器的工作率带,还提高了压电振动能量采集器的输出电压和输出功率。结果表明:在基础振动加速度为40m/s~2和负载电阻为471kΩ条件下,双自由度宽频压电能量采集器的工作频带是单频系统的7倍,最大输出功率是单频系统的4.5倍。     

风向自适应型涡激振动压电俘能器的试验研究

风能在自然界中是一种储量丰富、可持续利用的清洁能源。利用压电俘能器将风能转换为电能代替传统化学电池为低功耗电子设备持续供电已经获得了国内外学术和工业领域的认可。针对自然环境中风场的风向和速度时变特点,提出一种新颖的风向自适应型涡激振动压电俘能器。本俘能器可以根据风向的变化,自主调节迎风角度,从而使得俘能器能够在不同方向来风激励时拥有良好的输出性能。其主要由两个L型压电俘能梁、轴承底座、旋转固定座、导向翼等部分组成。通过搭建的小型风洞测试系统,对俘能器样机进行了测试和分析：受不同方向来风激励时,俘能器的输出功率绝对积分面积的平均相对偏差不大于6.1%;俘能器的风向自适应开启状态相对关闭状态,两个压电俘能梁的输出功率绝对积分面积平均值分别提升了468.2%和492.3%。自适应型压电俘能器的研究结果对提高俘能器的环境适应能力和增强输出性能有良好的参考价值。     

基于双稳态的振动能量收集系统的设计

利用外部永磁铁、悬臂梁和压电材料等构成了能量收集系统,并对该系统的影响因素进行了理论与实验探究。结果发现：只有在合适的磁铁距离下,系统才具有双稳态特性,而且这种特性拓宽了系统的频率响应范围,使系统获得更大的响应幅值。只有在适当的激励幅值和激励频率下,该非线性系统才能获得比线性系统更高的能量俘获效率。     

浅水域探测型无人水下航行器波浪能发电系统设计

为了实现浅水域探测型无人水下航行器(Unmanned underwater vehicle,UUV)探测设备水下长时间工作,提出波浪能发电系统,可以将近水面的波浪能收集转化为电能。详细叙述永磁发电机的原理结构及设计参数;根据Lagrange方程建立系统的数学模型;采用Runge-Kutta方法求解简化的运动方程,研究不同海况条件下对发电性能的影响。研究结果表明提出的波浪能发电系统是合理可行的,在一般海况下,能够满足探测设备的能源需求。同时表明频率与幅度以及耦合横摇对发电性能影响比较大,而耦合垂荡对其影响基本可以忽略。研究结果将为后期波浪能发电系统的工程试验提供一定的理论依据。     

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。