双重双稳态压电振动能量收集装置特性分析及在汽车中的应用研究
发布时间：2021-10-25 21:28
目前,各种微小型传感器得到广泛应用,这些设备大都采用传统电池进行供电,但是传统电池体积大、寿命有限,并且有的传感器存在电池更换困难的问题,例如汽车轮胎中的胎压监测传感器。为了能够获得持久、稳定、有效的电源,基于环境振动的能量收集与转换技术成为当前研究的热门方向。双稳态压电振动能量收集系统（Bi-stable Energy Harvester,BEH）可以在低宽频的振动范围下将环境中的振动能转换为电能,实现振动能量的回收与利用,为用电元件提供持续、稳定的电源。本文以双稳态压电振动能量收集系统为基础,研究、设计了双重双稳态压电振动能量收集系统（Double Bi-stable Energy Harvester,DBEH）,提高了系统的能量收集效率与发电能力。本文通过理论建模、数值仿真分析与实验验证相结合的方法,对双稳态与双重双稳态压电振动能量收集系统的输出响应进行了深入细致的研究,主要的研究内容如下:1.对压电振动能量收集系统的相关技术进行了研究。分析计算了压电振动能量收集系统的幅值阈值,并分析了系统储能元件的选取以及整流电路的选择。2.求解出两个永磁铁之间的磁力势能表达式,并由此建立了系...
【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】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨电磁式装置原理图??
通的双肩包的背带里［５１］，能够产生２５Ｖ左右的电压和４５ｍＷ的平均功率，体现??了能量收集的高电压，低功率的特点。??２０１１年，日本研发出了压电发电地板［５２］，具体实物如图１－５所示。当正常??体重的行人以平时走路的速度通过这种发电地板时便可以使其内部产生电能，其??产生的电能可点亮路而的ＬＥＤ灯，将其收集存储后可为道路上其他的用电装置??供电。??２０１２年，Ｊａｅｙｕｎ?ＬＥＥ研制出了自供电智能轮胎无线传感器［５３］，用于监测??汽车在行驶过程中的轮胎的状态，它的主要工作原理是将压电晶片放置在轮胎里??面，汽车行驶过程中会产生轮胎的变形从而引起压电晶片的变形，由此产生电量??为智能轮胎无线传感器供能。??２０１５年，Ｃｈｕｎｈｕａ?Ｓｕｎ将压电发电装置放置到到普通公路的沥青道路下面??８??
产生的机械振动能进行收集并将其合理利用，其发电功率可以满足军人在军事演??习中一些微电子和无线电的使用要求，例如无线电跟踪电子装置。??图１－４压电发电鞋??２〇〇５年，科学家Ｓ．Ｐｒｉｙａ设计出一种专门为无线网络节点进行供电的微型压??电能量转换风车［５（）］，其具体的工作原理是将风车安装在一个不停旋转的凸轮上面，??凸轮不间断的旋转使得压电材料在此期间不断的产生伸缩变形，从而产生压电效??应，产生电荷。实验结果表明，与常规的风力涡轮发电机相比，微型能量转换风??车的能量转换效率要更高，其风能与电能的转换效率可以达到１８％。??２００７年，ＪｏｎａｔｈａｎＧｒａｎｓｔｒｏｍ等人，将一种新型的压电材料ＰＶＤＦ放置到普??通的双肩包的背带里［５１］，能够产生２５Ｖ左右的电压和４５ｍＷ的平均功率，体现??了能量收集的高电压
【参考文献】：
期刊论文
[1]LiNbO3和LiTaO3晶体电子结构、平面声波和光折射特性[J]. 邵栋元,程南璞,陈晶晶,李孝,陈志谦,李春梅,惠群. 无机材料学报. 2016(02)
[2]振动能量收集技术的研究现状与发展趋势[J]. 刘成龙,孟爱华,陈文艺,李厚福,宋红晓. 装备制造技术. 2013(12)
[3]双稳态系统中结构参数对系统性能的影响[J]. 石硕,李谨言,顾学迈. 科学技术与工程. 2011(27)
[4]悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获的随机共振机理研究[J]. 陈仲生,杨拥民. 物理学报. 2011(07)
[5]压电式胎压报警器供电装置的发电特性[J]. 闫世伟,杨志刚,菅新乐. 吉林大学学报(工学版). 2010(05)
[6]压电高聚物材料的发展及应用[J]. 孙建丽,刘廷华. 塑料工业. 2005(S1)
[7]无线传感器网络研究进展[J]. 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽. 计算机研究与发展. 2005(01)
[8]新型化学储能器件——电化学电容[J]. 王晓峰,孔祥华,刘庆国,解晶莹. 化学世界. 2001(02)
博士论文
[1]双稳态压电振动发电机关键技术研究[D]. 毛新华.华北电力大学(北京) 2016
[2]压电复合梁机电转换特性及多模宽频发电的研究[D]. 龚立娇.中国科学技术大学 2015
[3]双稳态压电悬臂梁俘能器的动态响应及发电性能研究[D]. 郭抗抗.天津大学 2015
[4]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
[5]压电多方向振动能量收集结构及其充电控制方法研究[D]. 朱莉娅.南京航空航天大学 2012
[6]KDP晶体力学性能与开裂现象研究[D]. 孙云.山东大学 2012
[7]基于双稳态特性的加速度开关研究[D]. 赵剑.西安电子科技大学 2008
硕士论文
[1]压电发电的能量转换及存储技术研究[D]. 宁玉怀.中南大学 2010
[2]复合型悬臂梁压电俘能器理论与实验研究[D]. 卢有为.哈尔滨工业大学 2009
[3]基于非线性开关的能量回收系统的研究[D]. 马勇.南京航空航天大学 2008
本文编号：3458196
【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】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨电磁式装置原理图??
通的双肩包的背带里［５１］，能够产生２５Ｖ左右的电压和４５ｍＷ的平均功率，体现??了能量收集的高电压，低功率的特点。??２０１１年，日本研发出了压电发电地板［５２］，具体实物如图１－５所示。当正常??体重的行人以平时走路的速度通过这种发电地板时便可以使其内部产生电能，其??产生的电能可点亮路而的ＬＥＤ灯，将其收集存储后可为道路上其他的用电装置??供电。??２０１２年，Ｊａｅｙｕｎ?ＬＥＥ研制出了自供电智能轮胎无线传感器［５３］，用于监测??汽车在行驶过程中的轮胎的状态，它的主要工作原理是将压电晶片放置在轮胎里??面，汽车行驶过程中会产生轮胎的变形从而引起压电晶片的变形，由此产生电量??为智能轮胎无线传感器供能。??２０１５年，Ｃｈｕｎｈｕａ?Ｓｕｎ将压电发电装置放置到到普通公路的沥青道路下面??８??
产生的机械振动能进行收集并将其合理利用，其发电功率可以满足军人在军事演??习中一些微电子和无线电的使用要求，例如无线电跟踪电子装置。??图１－４压电发电鞋??２〇〇５年，科学家Ｓ．Ｐｒｉｙａ设计出一种专门为无线网络节点进行供电的微型压??电能量转换风车［５（）］，其具体的工作原理是将风车安装在一个不停旋转的凸轮上面，??凸轮不间断的旋转使得压电材料在此期间不断的产生伸缩变形，从而产生压电效??应，产生电荷。实验结果表明，与常规的风力涡轮发电机相比，微型能量转换风??车的能量转换效率要更高，其风能与电能的转换效率可以达到１８％。??２００７年，ＪｏｎａｔｈａｎＧｒａｎｓｔｒｏｍ等人，将一种新型的压电材料ＰＶＤＦ放置到普??通的双肩包的背带里［５１］，能够产生２５Ｖ左右的电压和４５ｍＷ的平均功率，体现??了能量收集的高电压
【参考文献】：
期刊论文
[1]LiNbO3和LiTaO3晶体电子结构、平面声波和光折射特性[J]. 邵栋元,程南璞,陈晶晶,李孝,陈志谦,李春梅,惠群. 无机材料学报. 2016(02)
[2]振动能量收集技术的研究现状与发展趋势[J]. 刘成龙,孟爱华,陈文艺,李厚福,宋红晓. 装备制造技术. 2013(12)
[3]双稳态系统中结构参数对系统性能的影响[J]. 石硕,李谨言,顾学迈. 科学技术与工程. 2011(27)
[4]悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获的随机共振机理研究[J]. 陈仲生,杨拥民. 物理学报. 2011(07)
[5]压电式胎压报警器供电装置的发电特性[J]. 闫世伟,杨志刚,菅新乐. 吉林大学学报(工学版). 2010(05)
[6]压电高聚物材料的发展及应用[J]. 孙建丽,刘廷华. 塑料工业. 2005(S1)
[7]无线传感器网络研究进展[J]. 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽. 计算机研究与发展. 2005(01)
[8]新型化学储能器件——电化学电容[J]. 王晓峰,孔祥华,刘庆国,解晶莹. 化学世界. 2001(02)
博士论文
[1]双稳态压电振动发电机关键技术研究[D]. 毛新华.华北电力大学(北京) 2016
[2]压电复合梁机电转换特性及多模宽频发电的研究[D]. 龚立娇.中国科学技术大学 2015
[3]双稳态压电悬臂梁俘能器的动态响应及发电性能研究[D]. 郭抗抗.天津大学 2015
[4]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
[5]压电多方向振动能量收集结构及其充电控制方法研究[D]. 朱莉娅.南京航空航天大学 2012
[6]KDP晶体力学性能与开裂现象研究[D]. 孙云.山东大学 2012
[7]基于双稳态特性的加速度开关研究[D]. 赵剑.西安电子科技大学 2008
硕士论文
[1]压电发电的能量转换及存储技术研究[D]. 宁玉怀.中南大学 2010
[2]复合型悬臂梁压电俘能器理论与实验研究[D]. 卢有为.哈尔滨工业大学 2009
[3]基于非线性开关的能量回收系统的研究[D]. 马勇.南京航空航天大学 2008
本文编号：3458196
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