基于压电效应的时均流能量收集研究进展

基于压电技术的时均流能量收集是一种新型的环境能量收集形式,具有结构简单、成本低廉、无污染、无电磁干扰和使用寿命长的特点。按照不同的时均流能量收集原理分类介绍了最新研究进展,对各种装置之间的性能做了比较,其中采用时均流激声发动机驱动压电换能器的方法能够实现更高的能量转化效率。     

压电换能器的声非线性

压电换能器的声非线性倪以发吴文虬章德（南京大学声学研究所近代声学国家重点实验室南京·２１００９３）１引言近几十年来，在许多领域中非线性效应的理论和应用得到了广泛的重视，如超声成像、声参量阵、无损检测等。这就要求在测量时，需排除系统本身产生的非线性、包...     

用于振动能量收集的MEMS压电悬臂梁

本文介绍了一种MEMS悬臂梁器件,将环境中的振动机械能转化为电能.该悬臂梁的主体材料为单晶硅,其上覆盖一层用Sol-Gel法制备的PZT压电材料,利用压电材料的正压电效应实现机电能量的转换.论文给出了悬臂梁式振动能量收集器的一个简单理论模型.器件采用(110)硅基片,有利于通过湿法腐蚀制备质量块.质量块可以用来降低器件的谐振频率,并提高输出电功率.尺寸参数为3600μm×270 μm的器件样品的测试结果表明,在其谐振频率1673Hz,振幅为11nm的振动条件下,该器件的最大输出功率大于1nW,即0.11 μW/cm2.     

被动湍流控制圆柱驰振能量收集的等效电路研究

为更好的预测驰振压电能量收获机的性能,首先建立了等效电路仿真模型(ECM)并通过实验验证,最大误差不超过10%。采用该方法分析了被动湍流控制(PTC)下圆柱驰振压电能量收集的仿真模型,且该方法可将驰振能量转化系统的质量-弹簧-阻尼(M-C-K)控制方程中各参数用等效电路的电子元件来表示,从而可以分析过往仿真手段所不能解决的直流电路耦合问题。其次,从能量收集效率角度分析了交流-直流等效电路中临界风速(Ucr)随外接载荷的变化规律,及输出电压与功率随不同风速和外界载荷的变化规律。结果表明,交流电路中Ucr随载荷的增大先增大后减小,直流电路中Ucr随载荷的增大逐渐减小。当风速达到Ucr的最大值时,驰振在任一电阻下均会发生。U≥Ucr时,驰振出现锁定现象,输出电压和功率均随着风速的增大而增大。当风速过大时,增长率有减小趋势。输出电压均随着电阻的增大而增大,功率随电阻的增大先增大后减小。相比于交流电路,直流电路的最佳负载由1.1 MΩ提高到2.0 MΩ,同时功率峰值从0.08 mW降低到0.04 mW。     

声参量换能器阵的研制

为了实现水下掩埋目标的三维探测和满足海底地质调查的需要，我们已成功地研制了用于Ｄ＆Ｚ－１声参量多频海底测绘系统的声参量阵。在我国东海和澳大利亚悉尼港的实验中得到了非常满意的结果。声参量阵在低频段能形成高指向性，小旁瓣及宽频带声辐射，它与同频率的线性发射阵相比具有体积小，重量轻等优点。该基阵内的振子采用了半波长复合棒换能器。整个基阵由聚氨脂密封。辐射面是带匹配层的矩形平面，所以本基阵具有：（１）电声转换效率高；（２）振子承受功率的能力大，在短脉冲条件（＜１ｍｓ）下，辐射声强可达１２．５Ｗ／ｃｍ２；…     

压电振动能量收集装置研究现状及发展趋势

摘要：随着无线技术及微机电技术的日益发展,以化学电池为主的供能方式的弊端日渐显露,压电振动能量收集装置以其结构简单、清洁环保及易于微型化等诸多优点而得到了极大重视。本文从振动能量收集常用的压电材料及其压电性入手,从压电振动能量收集装置的结构设计和能量收集电路设计两方面对其进行阐述。在结构设计方面,以压电振动能量收集结构的方向性和响应频带为主线,详细介绍了国内外研究者在压电振动能量收集装置结构设计上的变化与创新;在能量收集电路设计方面,以能量收集效率的提高为主线,介绍了电路结构的优化改进。最后,总结了压电振动能量收集装置未来的研究趋势和方向,为从事压电振动能量收集研究的人员提供参考。     

声表面波器件的研究进展

声表面波器件作为一种新型的电子器件,近年来引起了人们极大的关注,在科学研究领域有了较大的进展,在现代无线通讯领域的应用范围日趋广泛.本文简述了目前国际上出现的声表面波器件的制备方法、性能研究及其应用,展望了其今后的发展趋势.     

基于正逆压电效应的高能效振动半主动控制方法

基于同步开关阻尼（Synchronous Switch Damping,SSD）技术的压电振动半主动控制方法主要利用控制电 路中的同步开关和等效LC振荡电路,实现压电电压的同步翻转,使得压电驱动力始终和结构振动速度同相位, 用较低的能耗高效地抑制结构振动。然而常见的压电驱动元件如压电叠堆、压电纤维复合材料等,其允许工作 电压变化范围是不对称的,采用对称翻转的SSD技术难以充分利用压电元件的机电转化性能。提出了一种基于 双向压电效应的SSD技术,通过对压电电压上翻时注能、下翻时吸能的操作,最大化控制系统能效,并充分匹配 压电元件的机电转化潜能。介绍了所提SSD方法的工作原理,推导了非对称翻转条件下结构的振动衰减模型, 实现了非对称翻转SSD控制电路,并通过实验进行了验证。研究结果表明,所提SSD方法可以通过控制注能开 关占空比及吸能电路等效负载自适应地调节压电电压的上、下翻转因子,最终实现高能效的结构振动衰减 效果。     

压电材料及压电效应的应用

压电效应技术以其特有的优势在能源紧缺的今天发挥了显著的作用。自该技术使用以来,开发出了包括压电晶体、Pb Ti O3系压电材料、压电陶瓷及高聚物复合材料等新型压电材料。目前压电效应技术在换能器、驱动器、传感器等方面得到了广泛应用。     

声表面波器件的研究进展

声表面波器件作为一种新型的电子器件，近年来引起了人们极大的关注，在科学研究领域有了较大的进展，在现代无线通讯领域的应用范围日趋广泛。本简述了目前国际上出现的声表面波器件的制备方法、性能研究及其应用，展望了其今后的发展趋势。     

背衬为双声失配层的深水超声压电换能器

深水超声压电换能器,不仅在强度上要耐水压,而且在大深度下要具有稳定的声学性能。几百千赫频率的深海超声压电换能器其背衬要有后方隔声的功能。这是因为后方声波会因各种结构体的反射再向前方传播,而与原来的前向声波发生干涉,使换能器的指向性和频率特性发生变化。要防止出现这种情况,就必须在压电振子的正后方加衬吸声或隔声材料。     

基于光伏发电的道路能量收集技术研究进展

道路能量收集是在不消耗额外自然资源的情况下实现发电的一种极具发展前景的可再生能源供应技术,其可以将原本会被耗散和浪费的路域能量进行收集并转化为可用的电能,已然成为当今道路、材料、能源和环境等领域的研究热点。其中,光伏发电技术因绿色高效、成本低而应用广泛,故开发基于光伏发电的道路能量收集技术可有效促进智慧交通的发展及实现“碳达峰”和“碳中和”的目标。目前,光伏发电技术及其光电转换效率日益提高,但在工程实际应用中,光伏系统的输出功率易受各种环境因素的影响而有待提升。道路工程中光伏发电技术的研究与应用主要集中在路侧、路面及其上方空间,应用区域包括声屏障、边坡、路面、廊道及停车棚等。道路光伏发电技术实现了光伏发电系统与道路工程有机结合的一体化设计,在满足道路和发电功能要求的同时还具有降噪、护坡、承载和遮阳等功能。此外,“光伏+交通”的应用模式不仅能提升交通基础设施的智能化,优化交通能源结构,还可促进公路交通运输的节能减排,蕴藏着巨大的发展潜力和机遇。本文归纳分析了太阳能光伏电池的特点、系统组成及其发电效率的影响因素,定义了基于光伏发电的道路能量收集技术的概念,明确了其应用范围,总结了光伏发电技...     

基于MFC的地铁轨道振动能量收集研究EI北大核心CSCD

压电陶瓷极限受拉承载力弱,导致传统悬臂型俘能器在工程应用中极易开裂损坏,与其持续供能的初衷相违背。压电纤维复合材料(MFC)具有优异的柔韧性、耐久性,恰恰弥补了这一缺陷。然而以MFC材料为基础的俘能器在地铁轨道振动能量俘获中的应用鲜有研究。首先建立地铁车辆-轨道耦合系统模型,得到钢轨在车辆荷载作用下的动力响应。紧接着基于混合规则和代表体积元建立型悬臂式MFC俘能器的力电耦合模型,并将钢轨的动力响应作为俘能器的输入荷载预测其电能输出,讨论了材料参数、几何参数及车辆荷载特性对输出电能的影响。并进一步通过试验研究,验证了所建立理论分析模型的正确性。最后基于LTC3588-1能量管理芯片进行了能量收集-存储模拟,验证了MFC俘能器用于无线传感器供能的可行性。     

基于压电效应的人工耳蜗的实验研究

为了提高聋耳的听力, 将压电材料植入到耳蜗内, 利用压电效应直接将声波转化为电信号刺激听神经, 以提高听力. 本研究通过未极化与极化的高灵敏性压电陶瓷的对比, 从体外模拟实验中的声电响应曲线和动物体内植入实验的结果中得到: 未极化的压电陶瓷没有压电响应, 而极化后的压电陶瓷能够将声音信号转化为电信号, 证实了压电陶瓷的压电特性的确可以刺激动物的听神经, 从而降低听阈阈值. 比较了压电陶瓷与压电高分子之间的差异, 结果表明压电高分子也可以刺激听神经来提高听力.     

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。     

声表面波压电免疫检测系统的设计

文章报导了一种声表面波压免疫检测系统,它是利用压电元件的质量敏感性质,结合生物免疫识别特性而形成的一种自动化分析传感器检测系统,可对多种抗原或抗体进行实时,快速的定量测定,并可用于反应动力学的研究。具有高特异性,高灵敏度,响应快和小型简便等特点,文中给出了利用该系统进行一些实验研究得到的结果。     

声场中声能量与传递

当声波传播偏离平面波传播规律时,声场中存在无功声强,影响声能量的传递,有部分能量滞留在声场中。在近场,局部声源表面有时吸收声场中的能量,这成为声场中出现负声强的原因之一。     

基于目标能量特性的被动声引信

介绍了一种基于目标能量特性的被动声引信.通过分析目标经过声引信时的能量变化信息,得到一种寻求最佳起爆时刻的方法.试验结果表明,利用接收声源级的差值判断目标是否最近距离通过,从而决定是否输出起爆信号,这种方法可以寻求到最佳起爆时刻,为被动声引信的应用提供了重要的依据.     

矩形压电振子的多维耦合换能器理论

利用表观弹性法推导了矩形断面压电陶瓷长条和矩形压电薄板振子的二维耦合振动理论并给出了各振子的总导纳方程、多维耦合下的机电转换系数等,由总导纳方程计算了频率常数随振子几何尺寸的变化曲线。所得结果与有限差分法和有限元法的结果相当满意地符合。 这种方法比其他方法简单,可用于压电陶瓷参数的修正,复合压电振子和非压电振子的耦合振动的计算。