可放大振动频率的微型发电系统的研究
发布时间：2020-12-09 20:54
分布式无线传感网络的出现和普及,改变了人们的生活习惯,方便了人们的出行、生活和消费等。传感网络中的节点数量快速增加,节点上的传感器也越来越多,目前节点传感器大多是用常规化学电池作为供能装置,因寿命有限,长时间供电会导致电池功率下降,在某些极端环境下化学电池可能会损坏,导致化学材料的泄露,对用电设备甚至是环境都会造成破坏。本文研究了一种能够在低频振动环境中采集能量的微型发电系统,工作频率范围大,能量转换效率高。微型发电系统由两个系统构成:一个是拾振系统,一个是能量转换系统。建立了拾振系统的模型,从简单到复杂依次分析了多种振动情况,作出幅频响应曲线,分析了激励源和阻尼比对响应振动的影响。用ANSYS软件对平面弹簧进行了建模仿真分析,对平面弹簧的弹性系数和固有频率的相关影响因素包括平面弹簧的长度、厚度和弹簧臂的宽度、质量体的质量等物理量进行了比较。同样用ANSYS软件对悬臂梁前三阶固有频率下的振型进行了分析,与用MATLAB软件仿真的悬臂梁对应阶振型做比较,结果基本吻合。在能量转换系统中,设计了三种永磁体结构,用Ansoft Maxwell对这三种永磁体结构的磁场进行了仿真,其中的垂直充磁方...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１各种化学电池的使用寿命对比图??１．１．２环境中各种能置的对比??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]基于抗磁悬浮的电磁感应式气流能量采集器[J]. 巩启,聂惠娟,苏宇锋. 微纳电子技术. 2020(02)
[2]基于压电式能量转换的微型振动能量采集器在物联网轨道交通中的应用[J]. 闫泽涛,王学东. 微处理机. 2019(05)
[3]一类电磁式薄膜振动能量采集器动力学建模与非线性分析[J]. 王志霞,王炜,张琪昌. 振动与冲击. 2019(15)
[4]考虑尺度效应的微振动能量采集器建模[J]. 李创业,霍睿,王伟科,赵辰. 振动与冲击. 2019(12)
[5]MEMS电磁式振动能量收集器加工及性能测试[J]. 王飞,侯晓伟. 电子设计工程. 2019(05)
[6]振动能量收集技术的研究现状与展望[J]. 张允,王战江,蒋淑兰,王茜. 机械科学与技术. 2019(07)
[7]微型抗磁悬浮振动能量采集器静平衡研究[J]. 苏宇锋,秦立振. 机械设计与制造. 2018(08)
[8]基于MSMA振动能量采集的传感器节点供电系统[J]. 张庆新,林凯,付启航,王路平. 计算机仿真. 2018(06)
[9]自供能传感器能量采集技术的研究现状[J]. 杜小振,张龙波,于红,曾庆良. 微纳电子技术. 2018(04)
[10]低频高功率振动能量采集器研究进展[J]. 戚举,方玉明,王仲勋,朱思慧,居秋恺. 微电子学. 2018(01)
博士论文
[1]电磁式振动能量采集器非线性拓频方法研究[D]. 孙诗.上海交通大学 2018
[2]低频宽带多稳态升频能量采集器的设计及动力特性研究[D]. 王辰.天津大学 2017
[3]微型电磁振动能量收集器频带拓展机理与关键技术研究[D]. 雷轶鸣.重庆大学 2016
[4]基于MEMS技术的微型电磁式振动能量采集器的研究[D]. 王佩红.上海交通大学 2010
[5]环境振动驱动微型压电发电装置的关键技术研究[D]. 杜小振.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]非线性耦合悬臂梁质量传感器感应机理研究[D]. 杜旭.吉林大学 2019
[2]附加磁铁弹簧压电能量采集器的发电特性及动力学研究[D]. 焦剑宇.北京工业大学 2019
[3]基于MEMS技术的环境能量采集器应用研究与设计[D]. 李艺.华北电力大学(北京) 2019
[4]基于模型降阶微悬臂梁的静/动态性能研究[D]. 崔春春.杭州电子科技大学 2018
[5]复合式俘能器结构分析与能量管理电路设计[D]. 武丽森.北京理工大学 2016
[6]微型振动式发电机的基础理论及关键技术研究[D]. 温中泉.重庆大学 2003
本文编号：2907460
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１各种化学电池的使用寿命对比图??１．１．２环境中各种能置的对比??
?山东大学硕士学位论文???可动叉指电极??Ｂ?可动电极??祕向??ｆ固定电极??固定叉桁电极??图１－２静电式的两种类型结构图??Ｔｉｂｎｗｉｉ?ＶＩｈＩａｄ??Ｉ?ｒ＇＂＞ｉ￡ＳＨｌ?％＾６８９９９００Ｓ｝９ｇｇ０ｇ＾１?ｙ?１??ｉｓ紛／“＊＊？“？＊？？？＊？？＊？？？？？？＊?？???＾??Ｖｌｋ－Ｋ７?（Ｉ）?５ｐ咖ｊ??图１－３清华大学设计的能量采集装置?图１－４采用弯曲弹簧的能量采集装置??清华大学团队提出了一种新型的静电式能量采集装置ｔ１３］，运用了驻极体，如??图１－３所示中的蓝色部分。核心器件驻体采用的材料是四氟乙烯，实验在频率是??１０Ｈｚ，加速度是］．６ｇ的振动环境下发出的功率是２．５）ｉＷ。ＮｇｕｙｅｎＳＤ等人提出??了一种能量采集装置［１４］，如图１－４所示。采用非线性弹簧，设计出了具有特殊几??何结构的弹簧来实现了非对称的双稳态，可以拓宽装置的工作频率范围。实验在??频率是７１５Ｈｚ，加速度是ｌｇ的振动环境下发出的功率是３．４ｐＷ。??静电式能量采集装置对工作频率要求高，输出阻抗大，且输出功率低。工作??发电前需要加一个额外的驱动电压，且在发电前需要先放电清零，降低了设备的??实用性，在很多应用环境中受限。??１．２．２压电式能量采集装置??压电式能量采集装置受到环境振动影响时，外力的作用使得压电材料发生形??变，表现为材料的两端产生正负相反的电荷，通过材料压电效应来实现能量的转??换。图１－５所示是压电能量采集装置示意图，有悬臂梁结构，上面放置着永磁体??结构，也充当质量作用。外界环境的振动作用在质量体Ｍ上，质量体的振动会??４??
?山东大学硕士学位论文???可动叉指电极??Ｂ?可动电极??祕向??ｆ固定电极??固定叉桁电极??图１－２静电式的两种类型结构图??Ｔｉｂｎｗｉｉ?ＶＩｈＩａｄ??Ｉ?ｒ＇＂＞ｉ￡ＳＨｌ?％＾６８９９９００Ｓ｝９ｇｇ０ｇ＾１?ｙ?１??ｉｓ紛／“＊＊？“？＊？？？＊？？＊？？？？？？＊?？???＾??Ｖｌｋ－Ｋ７?（Ｉ）?５ｐ咖ｊ??图１－３清华大学设计的能量采集装置?图１－４采用弯曲弹簧的能量采集装置??清华大学团队提出了一种新型的静电式能量采集装置ｔ１３］，运用了驻极体，如??图１－３所示中的蓝色部分。核心器件驻体采用的材料是四氟乙烯，实验在频率是??１０Ｈｚ，加速度是］．６ｇ的振动环境下发出的功率是２．５）ｉＷ。ＮｇｕｙｅｎＳＤ等人提出??了一种能量采集装置［１４］，如图１－４所示。采用非线性弹簧，设计出了具有特殊几??何结构的弹簧来实现了非对称的双稳态，可以拓宽装置的工作频率范围。实验在??频率是７１５Ｈｚ，加速度是ｌｇ的振动环境下发出的功率是３．４ｐＷ。??静电式能量采集装置对工作频率要求高，输出阻抗大，且输出功率低。工作??发电前需要加一个额外的驱动电压，且在发电前需要先放电清零，降低了设备的??实用性，在很多应用环境中受限。??１．２．２压电式能量采集装置??压电式能量采集装置受到环境振动影响时，外力的作用使得压电材料发生形??变，表现为材料的两端产生正负相反的电荷，通过材料压电效应来实现能量的转??换。图１－５所示是压电能量采集装置示意图，有悬臂梁结构，上面放置着永磁体??结构，也充当质量作用。外界环境的振动作用在质量体Ｍ上，质量体的振动会??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于抗磁悬浮的电磁感应式气流能量采集器[J]. 巩启,聂惠娟,苏宇锋. 微纳电子技术. 2020(02)
[2]基于压电式能量转换的微型振动能量采集器在物联网轨道交通中的应用[J]. 闫泽涛,王学东. 微处理机. 2019(05)
[3]一类电磁式薄膜振动能量采集器动力学建模与非线性分析[J]. 王志霞,王炜,张琪昌. 振动与冲击. 2019(15)
[4]考虑尺度效应的微振动能量采集器建模[J]. 李创业,霍睿,王伟科,赵辰. 振动与冲击. 2019(12)
[5]MEMS电磁式振动能量收集器加工及性能测试[J]. 王飞,侯晓伟. 电子设计工程. 2019(05)
[6]振动能量收集技术的研究现状与展望[J]. 张允,王战江,蒋淑兰,王茜. 机械科学与技术. 2019(07)
[7]微型抗磁悬浮振动能量采集器静平衡研究[J]. 苏宇锋,秦立振. 机械设计与制造. 2018(08)
[8]基于MSMA振动能量采集的传感器节点供电系统[J]. 张庆新,林凯,付启航,王路平. 计算机仿真. 2018(06)
[9]自供能传感器能量采集技术的研究现状[J]. 杜小振,张龙波,于红,曾庆良. 微纳电子技术. 2018(04)
[10]低频高功率振动能量采集器研究进展[J]. 戚举,方玉明,王仲勋,朱思慧,居秋恺. 微电子学. 2018(01)
博士论文
[1]电磁式振动能量采集器非线性拓频方法研究[D]. 孙诗.上海交通大学 2018
[2]低频宽带多稳态升频能量采集器的设计及动力特性研究[D]. 王辰.天津大学 2017
[3]微型电磁振动能量收集器频带拓展机理与关键技术研究[D]. 雷轶鸣.重庆大学 2016
[4]基于MEMS技术的微型电磁式振动能量采集器的研究[D]. 王佩红.上海交通大学 2010
[5]环境振动驱动微型压电发电装置的关键技术研究[D]. 杜小振.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]非线性耦合悬臂梁质量传感器感应机理研究[D]. 杜旭.吉林大学 2019
[2]附加磁铁弹簧压电能量采集器的发电特性及动力学研究[D]. 焦剑宇.北京工业大学 2019
[3]基于MEMS技术的环境能量采集器应用研究与设计[D]. 李艺.华北电力大学(北京) 2019
[4]基于模型降阶微悬臂梁的静/动态性能研究[D]. 崔春春.杭州电子科技大学 2018
[5]复合式俘能器结构分析与能量管理电路设计[D]. 武丽森.北京理工大学 2016
[6]微型振动式发电机的基础理论及关键技术研究[D]. 温中泉.重庆大学 2003
本文编号：2907460
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