振动能量供电的矿用无线监测节点研制

发布时间：2021-01-13 23:28

　　传统有线监测所存在的传感器布线难、通信难和能量供给难等问题已不能满足现代化煤矿井下的监测要求,借助振动能量收集技术和无线传感网络技术,设计振动能量供电的矿用无线监测节点,有望解决煤矿井下复杂环境中的设备监测问题。针对项目组前期设计的四种压电俘能器,分别对其进行性能分析,从能量输出、俘能带宽和结构特点三个方面完成选型,作为无线监测节点俘能单元。分析选型后压电俘能器的效率影响因素,结合采掘激励下振动特性,制定适用于煤矿采掘装备工作环境下的压电俘能器系列化准则,使得压电俘能器能够对不同机械部位高效俘能。根据压电俘能器能量输出的特点和无线监测节点性能要求,完成节点软硬件设计。通过四路并联微能量收集电路和储能电路实现压电俘能器俘获能量的整理和存储,并解决压电材料在机电耦合过程中高阻抗和极小电流的问题;设计稳压电源电路为节点提供稳定能量来源;搭建CC2530无线传感模块硬件平台实现传感器信号采集、调理和无线通信;针对节点实际性能要求进行程序优化设计,提出多种节能策略降低节点功耗,延长节点储能单元更换周期。同时通过Microsoft Visual Studio软件平台设计上位机界面,对节点监测信息实... 

【文章来源】：西安科技大学陕西省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

多场耦合振动能量收集装置

图 3.4 新型组合梁式双稳态压新型组合梁式双稳态压电振动能量收集振动而振动时，俘能单元中的悬臂梁会因力表面的压电材料随之产生变形，利用压电材向电能的转换。同时，为了提高振动能量收磁铁间距和悬臂梁尺寸来调节其谐振频率，动能量足够大时可使装置内部悬臂梁越过势带宽新型组合悬臂梁式双稳态压电振动能量① 结构稳定。新型组合梁式双稳态压料选用压电薄膜PVDF，具有一定的的耐用② 能实现宽带俘能。该能量收集装置当外界振动使组合悬臂梁越过势垒时，其将能带宽。③ 外界振动匹配能力强。当外界振动频

图 3.6 磁距 d 与系统势能关系曲线外界振动幅值和频率一定，当磁铁间距较小时振动幅值较低，系统没有足够的能量越过势垒大磁铁间距，两磁铁之间非线性斥力较小，系衡点进行大幅值周期运动，呈现双稳态特性；继，系统的响应行为转变为小幅值单稳态运动。激励幅值和激励频率一定时，改变磁铁间距可运动、大幅值周期运动和小幅值单稳态运动之的范围之内时，系统可实现大幅值双稳态运动率和幅值，外界激励频率直接影响俘能器功率输出，为了系，在扫频条件下测试俘能器输出性能，如图 3


本文编号：2975745