无线传感器节点宽频振动能量采集装置研究及应用
发布时间：2021-03-27 19:32
随着低功耗电子设备技术的高速革新,对当下机械生产中无线传感技术的要求也产生了极大地推动。当下,电池供电依旧是部分无线传感器节点的供能方式。电池作为化学产物,其消耗和处理过程极大地增加了环境的污染以及经济和人力成本的大量消耗,使传感器在工作中带来负担。故基于环境能量采集自供电技术的研究备受关注。波浪能是一种丰富的可持续能源,由于波浪频率较低,能量的采集过程受到了很大阻碍。压电悬臂梁是压电材料在基础设施监测中的一种应用,具有柔性和易于封装等优点,能在低频环境下实现能量有效吸收转换的采集装置,也比较适用海洋等自振频率较低的环境。目前单一结构的振动能量采集装置转换效率较低,介于环境中振源不稳定,单悬臂梁对振动频率响应非常敏感,不容易实现环境振源与采集结构谐振频率的良好匹配,造成能源浪费。因此,本文提出了一种多个压电振子并联连接的阵列式宽频振动能量采集器,通过有限元分析,得到了梁的尺寸与自振频率的关系,并结合理论公式对压电悬臂梁的结构进行了优化设计。其次,对压电悬臂梁的自振频率是否在设计目标范围内进行了实验研究,测量了压电悬臂梁的承载力。最后设计了一种浮标用无线传感器网络节点自供能装置的应用,利...
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无线传感器应用Fig1.1Wirelesssensorapplication
图 1-2 无线传感器结构Fig 1.2 Wireless sensor structure工业领域中的无线传感器主要电源依旧是外接电源。如电池供电增加了的尺寸和重量，且电池寿命短，需要经常人工更换，繁琐的工作量和额被大量推广和认可的。另外，电池是危险性腐蚀性强的化学物品，会极环境，被替换下的电池也是一个极大的负担。所以，新型的清洁能源取源为无线传感器网络节点供能已迫在眉睫。 能量收集技术工业革命以来，人类发展对能源的需求开始急剧增加。迄今为止，石化们所依赖的，同时也是对空气和环境造成污染的主要能源。近年来，在中，大多数工业化国家和发展中国家决定减少消耗，以最终达到控制全。因此，可再生能源如波浪、风能、太阳和地热能的利用受到了人们的普
图 1-3 环境中的自然力Fig 1.3 Natural forces in the environment是动能的巨大来源，例如波浪、潮汐和洋流中的运动能量，以及热波浪能长期以来被广泛应用于各种可再生能源中，1970 年石油危波能密度在所有其他能量中最高，因此受到了广泛地关注。在过去的界范围内收集波浪能量的可行性进行了大量的研究。其中， 等人研究了可再生能源在南海的可行性，发现波浪能是相当可观的
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型波浪能发电装置效能分析[J]. 赵佳鹏,陈炜鑫,黄技,李焕豪. 中国水运(下半月). 2018(06)
[2]阵列式压电俘能拓宽频带的研究[J]. 白凤仙,包华宇,董维杰,孙建忠. 压电与声光. 2016(05)
[3]浮标式波浪能压电发电技术研究[J]. 杜小振,赵继强,王一然,朱文斗,张燕. 海洋技术学报. 2014(06)
[4]压电叠堆联接方式及低频发电特点的研究[J]. 党永,董维杰,白凤仙,喻言. 电源学报. 2011(04)
[5]Vibration Control of a Composite Beam Using Self-sensing Semi-active Approach[J]. JI Hongli,QIU Jinhao,and ZHU Kongjun The Key Laboratory of Aircraft Structural Mechanics and Control of Ministry of Education,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2010(05)
[6]不对称悬臂梁压电发电装置的实验研究[J]. 单小彪,袁江波,谢涛,陈维山. 压电与声光. 2010(04)
[7]多悬臂梁压电振子频率分析及发电实验研究[J]. 谢涛,袁江波,单小彪,陈维山. 西安交通大学学报. 2010(02)
[8]悬臂梁压电发电技术研究[J]. 马玉龙. 装备制造技术. 2009(12)
[9]悬臂梁单晶压电发电机的实验[J]. 袁江波,单小彪,谢涛,陈维山. 光学精密工程. 2009(05)
[10]亚太地区的海洋资源保护组织[J]. 高伟浓. 东南亚研究. 1999(04)
博士论文
[1]弛豫铁电单晶在穿戴式压电能量收集器中应用的基础研究[D]. 曾洲.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) 2018
[2]基于高性能弛豫铁电单晶的磁电型弱磁传感器研究[D]. 方聪.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) 2018
[3]分段线性压电能量收集器的宽频俘能特性研究[D]. 程千驹.哈尔滨工程大学 2017
[4]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
[5]振动能量非线性采集器的解析、数值和实验研究[D]. 姜文安.上海大学 2016
[6]基于MEMS的d31模式PZT能量收集器研究[D]. 陈晓洁.黑龙江大学 2015
[7]基于光纤传感的机械设备动态监测关键技术研究与应用[D]. 徐刚.武汉理工大学 2013
[8]蒲公英状多方向宽频带压电振动能量采集研究[D]. 侯志伟.南京航空航天大学 2013
[9]高压断路器振动监测与故障诊断的研究[D]. 常广.北京交通大学 2013
[10]双稳态压电悬臂梁发电系统的动力学特性研究[D]. 孙舒.天津大学 2013
硕士论文
[1]基于振动能量收集的无线传感器节点自发电系统研究及应用[D]. 孙晓东.浙江海洋大学 2018
[2]SDWSN能效提升算法[D]. 陈新颖.北京邮电大学 2018
[3]振荡浮子式波浪能发电装置的试验及数值仿真研究[D]. 刘晓.江苏科技大学 2018
[4]自偏置磁电复合材料及磁传感特性研究[D]. 徐晓玉.重庆大学 2016
[5]压电式多方向风致振动能量采集器研究[D]. 赵江信.重庆大学 2016
[6]压电式三维多模态振动能量采集器[D]. 赵念.重庆大学 2016
[7]非线性压电悬臂梁振动特性与能量采集研究[D]. 乔海.天津大学 2016
[8]悬臂梁阵列式压电俘能输出特性的研究[D]. 包华宇.大连理工大学 2015
[9]一种静电吸附方式的微小爬壁机器人研究[D]. 王勇.重庆大学 2015
[10]适用于发动机振动监测的微型宽频压电能量收集器研究[D]. 周洁琳.重庆大学 2015
本文编号：3104083
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无线传感器应用Fig1.1Wirelesssensorapplication
图 1-2 无线传感器结构Fig 1.2 Wireless sensor structure工业领域中的无线传感器主要电源依旧是外接电源。如电池供电增加了的尺寸和重量，且电池寿命短，需要经常人工更换，繁琐的工作量和额被大量推广和认可的。另外，电池是危险性腐蚀性强的化学物品，会极环境，被替换下的电池也是一个极大的负担。所以，新型的清洁能源取源为无线传感器网络节点供能已迫在眉睫。 能量收集技术工业革命以来，人类发展对能源的需求开始急剧增加。迄今为止，石化们所依赖的，同时也是对空气和环境造成污染的主要能源。近年来，在中，大多数工业化国家和发展中国家决定减少消耗，以最终达到控制全。因此，可再生能源如波浪、风能、太阳和地热能的利用受到了人们的普
图 1-3 环境中的自然力Fig 1.3 Natural forces in the environment是动能的巨大来源，例如波浪、潮汐和洋流中的运动能量，以及热波浪能长期以来被广泛应用于各种可再生能源中，1970 年石油危波能密度在所有其他能量中最高，因此受到了广泛地关注。在过去的界范围内收集波浪能量的可行性进行了大量的研究。其中， 等人研究了可再生能源在南海的可行性，发现波浪能是相当可观的
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型波浪能发电装置效能分析[J]. 赵佳鹏,陈炜鑫,黄技,李焕豪. 中国水运(下半月). 2018(06)
[2]阵列式压电俘能拓宽频带的研究[J]. 白凤仙,包华宇,董维杰,孙建忠. 压电与声光. 2016(05)
[3]浮标式波浪能压电发电技术研究[J]. 杜小振,赵继强,王一然,朱文斗,张燕. 海洋技术学报. 2014(06)
[4]压电叠堆联接方式及低频发电特点的研究[J]. 党永,董维杰,白凤仙,喻言. 电源学报. 2011(04)
[5]Vibration Control of a Composite Beam Using Self-sensing Semi-active Approach[J]. JI Hongli,QIU Jinhao,and ZHU Kongjun The Key Laboratory of Aircraft Structural Mechanics and Control of Ministry of Education,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2010(05)
[6]不对称悬臂梁压电发电装置的实验研究[J]. 单小彪,袁江波,谢涛,陈维山. 压电与声光. 2010(04)
[7]多悬臂梁压电振子频率分析及发电实验研究[J]. 谢涛,袁江波,单小彪,陈维山. 西安交通大学学报. 2010(02)
[8]悬臂梁压电发电技术研究[J]. 马玉龙. 装备制造技术. 2009(12)
[9]悬臂梁单晶压电发电机的实验[J]. 袁江波,单小彪,谢涛,陈维山. 光学精密工程. 2009(05)
[10]亚太地区的海洋资源保护组织[J]. 高伟浓. 东南亚研究. 1999(04)
博士论文
[1]弛豫铁电单晶在穿戴式压电能量收集器中应用的基础研究[D]. 曾洲.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) 2018
[2]基于高性能弛豫铁电单晶的磁电型弱磁传感器研究[D]. 方聪.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) 2018
[3]分段线性压电能量收集器的宽频俘能特性研究[D]. 程千驹.哈尔滨工程大学 2017
[4]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
[5]振动能量非线性采集器的解析、数值和实验研究[D]. 姜文安.上海大学 2016
[6]基于MEMS的d31模式PZT能量收集器研究[D]. 陈晓洁.黑龙江大学 2015
[7]基于光纤传感的机械设备动态监测关键技术研究与应用[D]. 徐刚.武汉理工大学 2013
[8]蒲公英状多方向宽频带压电振动能量采集研究[D]. 侯志伟.南京航空航天大学 2013
[9]高压断路器振动监测与故障诊断的研究[D]. 常广.北京交通大学 2013
[10]双稳态压电悬臂梁发电系统的动力学特性研究[D]. 孙舒.天津大学 2013
硕士论文
[1]基于振动能量收集的无线传感器节点自发电系统研究及应用[D]. 孙晓东.浙江海洋大学 2018
[2]SDWSN能效提升算法[D]. 陈新颖.北京邮电大学 2018
[3]振荡浮子式波浪能发电装置的试验及数值仿真研究[D]. 刘晓.江苏科技大学 2018
[4]自偏置磁电复合材料及磁传感特性研究[D]. 徐晓玉.重庆大学 2016
[5]压电式多方向风致振动能量采集器研究[D]. 赵江信.重庆大学 2016
[6]压电式三维多模态振动能量采集器[D]. 赵念.重庆大学 2016
[7]非线性压电悬臂梁振动特性与能量采集研究[D]. 乔海.天津大学 2016
[8]悬臂梁阵列式压电俘能输出特性的研究[D]. 包华宇.大连理工大学 2015
[9]一种静电吸附方式的微小爬壁机器人研究[D]. 王勇.重庆大学 2015
[10]适用于发动机振动监测的微型宽频压电能量收集器研究[D]. 周洁琳.重庆大学 2015
本文编号：3104083
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