面向水电站传感器的压电MEMS能量采集器研究
发布时间：2021-11-09 12:18
水电站作为一个经典的工业环境,其中的传感器数量众多,并且传感器的分布环境复杂多样,复杂的工作环境给传感器供能系统增加了较大的难度。机械噪声和机械振动是水电站广泛存在的机械能,它们一方面对水电站系统的安全运行具有一定的负面影响,另一方面也可以作为一种废弃的能源。消除或者合理利用水电站系统的振动能,并将振动能转化为电能,为水电站的各类传感器供能,这一思路为振动能量采集的研究提供了一个新的方向。传统的压电能量采集器只能在单一的频带下工作,然而水电站的振动环境复杂多变。为了适应水电站的实际环境,本文提出了一种新型的器件结构设计——两自由度结构压电能量采集器,并采用MEMS工艺进行加工制作,以进一步提高器件的性能,减小器件的体积,具体工作内容如下:（1）首先对水电站的各类传感器进行了分析,在研究了各类传感器的供能方式和功耗情况的基础上,确定了能量采集器具体的应用场所。同时对压电能量采集器的国内外研究现状进行了分析,重点分析了悬臂梁式压电能量采集器。并总结归纳了最新研究现状中对于压电能量采集器输出性能所做的优化工作。（2）针对压电MEMS能量采集器,从压电效应原理、压电材料和压电能量采集器的工作方...
【文章来源】：南昌工程学院江西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水电站使用的温度传感器Fig.1.1Temperaturesensorsusedinhydropowerstations
至+500℃(-58℉至+932℉)的温度环境下使用，其应用场景和安装方式如图 1.2 所该温度传感器的工作电压为 5-24V，运行时额定功率为 2W。图 1.1 水电站使用的温度传感器Fig.1.1 Temperature sensors used in hydropower stations
第一章 绪论1.2.2 压力传感器压力传感器在水电站也有着广泛的分布，压力传感器的正常运行对水轮机的正常工作有着不可或缺的作用[41-45]。由于其重要的作用，所以对压力传感器的供能也显得尤为重要。为压力传感器提供一套能够自供能的电源，从而为其原有的供电系统提供了备用保障，这是一项具有重要安全意义的工作。这里介绍一种水电站常用的压力传感器，PTS21 精密型压力传感器，该传感器在水电站系统中有着广泛的应用。PTS21 精密型压力传感器的工作原理是利用压变电阻的材料特性构成压力感应装置，随着所受压力大小的改变进而影响阻值大小的改变，进一步影响电路电流的大小，最终得到监测压力的目的。该传感器具有体积小巧、安装方便、精度高稳定性好等诸多优点。 还可以通过变送器配置项选择是否带表头显示、控制接点数量等，使用灵活，性能可靠，适用于多种气体及液体的压力测量（实物和接线方式如图 1.3所示）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]周期性压电分流薄板结构振动控制方法研究[J]. 闫旭,郭辉,王岩松,李佳杰. 压电与声光. 2017(01)
[2]生态绿色小水电发展现状及建议[J]. 金连根,方兵,宋毅. 浙江水利科技. 2014(02)
[3]基于神经网络验证压电方程的正确性[J]. 葛振庭,施伟辰. 科技视界. 2014(08)
[4]生态友好的水动能发电系统在增效扩容改造中的应用研究[J]. 马智杰,刘德林,鲁仕宝,黄丽华,王小辉. 小水电. 2013(05)
[5]水电站机电设备运行中的含油污水处理系统设计初探[J]. 姚建国,王秀花. 红水河. 2012(03)
[6]基于MEMS的液压系统V锥传感器的仿真研究[J]. 张洪朋,顾长智,张兴明,陈海泉,刘东,张银东,沈岩. 电子测量与仪器学报. 2012(05)
[7]一种宽频的磁式压电振动能量采集器[J]. 马华安,刘景全,唐刚,杨春生,李以贵. 传感器与微系统. 2011(04)
[8]无线传感器网络研究现状与应用[J]. 司海飞,杨忠,王珺. 机电工程. 2011(01)
[9]水电站自动化建设30年回顾与展望[J]. 施冲,马杰,周庆忠. 水电自动化与大坝监测. 2009(06)
[10]SOI压力传感器及其应用[J]. 孙克,吕艳,张东旭. 仪表技术与传感器. 2009(S1)
博士论文
[1]基于压电厚膜的MEMS振动能量采集器研究[D]. 唐刚.上海交通大学 2013
[2]基于MEMS技术的压电能量采集器研究[D]. 方华斌.上海交通大学 2007
[3]水电站厂房结构振动分析及动态识别[D]. 孙万泉.大连理工大学 2004
硕士论文
[1]采用MSMA智能材料的振动能量采集器研究[D]. 李岩.沈阳航空航天大学 2017
[2]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
[3]电磁斥力机构设计方法研究[D]. 姜楠.中国舰船研究院 2013
[4]基于无线传感器网络的火电厂设备状态监测系统研究[D]. 赵宏程.华北电力大学 2012
[5]基于PZT厚膜的MEMS超声换能器[D]. 张晋弘.中国科学技术大学 2009
[6]基于无线传感器网络的设备信息集成及故障诊断系统的设计和实现[D]. 谢赟.江苏大学 2008
本文编号：3485323
【文章来源】：南昌工程学院江西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水电站使用的温度传感器Fig.1.1Temperaturesensorsusedinhydropowerstations
至+500℃(-58℉至+932℉)的温度环境下使用，其应用场景和安装方式如图 1.2 所该温度传感器的工作电压为 5-24V，运行时额定功率为 2W。图 1.1 水电站使用的温度传感器Fig.1.1 Temperature sensors used in hydropower stations
第一章 绪论1.2.2 压力传感器压力传感器在水电站也有着广泛的分布，压力传感器的正常运行对水轮机的正常工作有着不可或缺的作用[41-45]。由于其重要的作用，所以对压力传感器的供能也显得尤为重要。为压力传感器提供一套能够自供能的电源，从而为其原有的供电系统提供了备用保障，这是一项具有重要安全意义的工作。这里介绍一种水电站常用的压力传感器，PTS21 精密型压力传感器，该传感器在水电站系统中有着广泛的应用。PTS21 精密型压力传感器的工作原理是利用压变电阻的材料特性构成压力感应装置，随着所受压力大小的改变进而影响阻值大小的改变，进一步影响电路电流的大小，最终得到监测压力的目的。该传感器具有体积小巧、安装方便、精度高稳定性好等诸多优点。 还可以通过变送器配置项选择是否带表头显示、控制接点数量等，使用灵活，性能可靠，适用于多种气体及液体的压力测量（实物和接线方式如图 1.3所示）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]周期性压电分流薄板结构振动控制方法研究[J]. 闫旭,郭辉,王岩松,李佳杰. 压电与声光. 2017(01)
[2]生态绿色小水电发展现状及建议[J]. 金连根,方兵,宋毅. 浙江水利科技. 2014(02)
[3]基于神经网络验证压电方程的正确性[J]. 葛振庭,施伟辰. 科技视界. 2014(08)
[4]生态友好的水动能发电系统在增效扩容改造中的应用研究[J]. 马智杰,刘德林,鲁仕宝,黄丽华,王小辉. 小水电. 2013(05)
[5]水电站机电设备运行中的含油污水处理系统设计初探[J]. 姚建国,王秀花. 红水河. 2012(03)
[6]基于MEMS的液压系统V锥传感器的仿真研究[J]. 张洪朋,顾长智,张兴明,陈海泉,刘东,张银东,沈岩. 电子测量与仪器学报. 2012(05)
[7]一种宽频的磁式压电振动能量采集器[J]. 马华安,刘景全,唐刚,杨春生,李以贵. 传感器与微系统. 2011(04)
[8]无线传感器网络研究现状与应用[J]. 司海飞,杨忠,王珺. 机电工程. 2011(01)
[9]水电站自动化建设30年回顾与展望[J]. 施冲,马杰,周庆忠. 水电自动化与大坝监测. 2009(06)
[10]SOI压力传感器及其应用[J]. 孙克,吕艳,张东旭. 仪表技术与传感器. 2009(S1)
博士论文
[1]基于压电厚膜的MEMS振动能量采集器研究[D]. 唐刚.上海交通大学 2013
[2]基于MEMS技术的压电能量采集器研究[D]. 方华斌.上海交通大学 2007
[3]水电站厂房结构振动分析及动态识别[D]. 孙万泉.大连理工大学 2004
硕士论文
[1]采用MSMA智能材料的振动能量采集器研究[D]. 李岩.沈阳航空航天大学 2017
[2]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
[3]电磁斥力机构设计方法研究[D]. 姜楠.中国舰船研究院 2013
[4]基于无线传感器网络的火电厂设备状态监测系统研究[D]. 赵宏程.华北电力大学 2012
[5]基于PZT厚膜的MEMS超声换能器[D]. 张晋弘.中国科学技术大学 2009
[6]基于无线传感器网络的设备信息集成及故障诊断系统的设计和实现[D]. 谢赟.江苏大学 2008
本文编号：3485323
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