低频高功率振动能量采集器研究进展

从振动能量采集器的低频、高功率特点出发,分析了电磁式、磁电式、静电式、压电式这四种结构的优缺点。详细介绍了这些振动能量采集器的发展现状与趋势,并比较了它们的性能与实用性。压电式振动能量采集器的研发时间最早,各项性能参数较均衡。设计时可以优先选择压电式振动能量采集器。     

MSMA振动能量采集器的设计与实现

采用智能材料磁控形状记忆合金(MSMA)将机械振动能量转换成电能为无线电子设备供电已备受关注。该文利用MSMA的维拉利效应(逆磁致伸缩效应)分析了MSMA振动能量采集器工作原理,计算并确定了振动能量采集系统的磁轭、线圈、保护系统、固定装置的尺寸和性能参数。利用ANSYS软件对系统进行了仿真,验证了各部分结构参数和材料选型的正确性。在此基础上,设计制作了MSMA振动能量采集器样机,搭建了MSMA振动能量采集器实验平台,进行了振动力激振实验,得到了在不同输入频率和应力大小条件下感应电压的输出曲线,实验和仿真结果表明,利用MSMA材料可将机械振动能量转化为电能,为振动能量收集利用提供了参考依据。     

振动能量采集器能量管理电路的研究

研究了一种抗磁悬浮式振动能量采集器,首先结合理论对抗磁悬浮振动采集器的工作原理进行了详细讨论,之后提出了适用于本结构的6倍压整流电路并对其进行仿真优化,最后利用振动台测试其在5 Hz、0.5 gn的激励条件下的输出特性,6倍压电路输出能够点亮LED灯,当充电时间为20 s时,输出电压可达1.7 V。该抗磁悬浮式振动能量采集器有望给便携式微型电子供电。     

线性三自由度低频压电振动能量采集器

基于线性多自由度振动的概念,提出并设计了一种线性三自由度(3DOF)振动能量采集器。该能量采集器包括一、二阶传动梁及传统单悬臂梁。数学建模及有限元仿真结果表明,多阶传动梁垂直相接构成的线性多自由度系统可有效调节并降低系统的工作频率。实验结果表明,线性三自由度能量采集器在0~100 Hz频率范围内,具有3个电压峰值,有效带宽15Hz,与理论分析相吻合。另外,与传统单悬臂梁能量采集器相比,工作频率降低,频带扩增275%。     

一种微型电磁式振动能量采集器的设计与制作

设计了一种新型的电磁能量采集器,将横向振动能转变为电能。该能量采集器主要包括折叠梁,永磁体和螺旋形铜线圈结构,器件设计的固有频率为274Hz。电磁模拟显示磁感应强度随着永磁体与线圈的间距增大而急剧减小。通过MEMS技术制作出器件模型,在242Hz共振频率下,加速度为0.5g(g=9.8m/s²)时,能量采集器输出电压峰峰值为28mV,最大输出功率为0.55uW。     

分段非线性电磁振动能量采集器

为了解决无线传感网络需要频繁能量补给的难题,设计了一种分段非线性电磁振动能量采集器,利用磁悬浮系统与机械弹簧耦合而成的非线性系统来提高能量采集器对低频、宽带环境振动能的采集能力。利用搭建的实验测试平台,研究了磁弹簧弹性系数、初始间隙、机械弹簧弹性系数及激励加速度对输出性能的影响规律。实验结果表明,当初始间隙分别为3、5和8 mm时,相应的最大输出电压分别为0.78、0.74和0.73 V;当机械弹簧弹性系数分别为0.028、0.100和0.270 N/mm时,相应的最大输出电压分别为0.73、0.72和0.57 V,工作带宽分别为3、4和5 Hz;当加速度为0.3、0.4和0.5g时,最大输出电压分别为0.39、0.57和0.73 V,对应的最大输出功率分别为3.81、8.13和13.32 mW,系统的工作带宽分别为3、3.5和4 Hz。     

基于压电能量采集器的事件驱动监测装置

在充分研究上变频二级耦合振动能量采集的基础上,设计了一种事件驱动的无源监测报警装置.对二级耦合式振动能量采集器的工作原理进行了讨论与分析,给出了电能收集与管理电路,并完成存储电能达到阈值后输出电能驱动蜂鸣器发声,实现无源自报警的目的.测试结果表明,在4 g、42 Hz振动环境下,经过13.8 s的充电,能实现300...     

一种悬臂梁式MSMA振动能量采集器研究

振动能量在自然界中广泛存在,利用智能材料收集振动能量为微电子系统供电是新能源领域的发展趋势。该文利用新型智能材料磁控形状记忆合金(MSMA)的逆效应研究设计了一种基于悬臂梁式的MSMA振动能量采集器,对采集器的各部分结构进行理论分析和系统设计,并建立了振动能量采集器的结构模型。利用ANSYS软件对磁场进行有限元分析,验证了磁场回路和磁感应强度满足采集振动能量的要求。在此基础上,研制了采集器样机,并通过搭建实验平台对采集器进行实验测试,结果表明,该悬臂梁式MSMA振动能量采集器具有较宽的振动能量采集频带,输出电压可达220 mV,为振动能量的收集利用提供了参考依据。     

基于压电振动能量采集器的无线监测传感节点

环境振动状况监测对设备的安全运营至关重要。通过压电振动能量采集器可实现对环境振动信息的感知,再经过智能信息处理方法无线监测设施的安全运营状态。将无线传感与深度学习相结合,在充分研究压电振动能量采集器输出信号特征的基础上,提出了优化的卷积神经网络模型,用于识别环境异常振动模式,并设计实现了智能感知无线监测传感节点。系统工作时,节点可监测环境振动、温度信息并报警异常事件。测试结果表明, 该传感节点在无线传输距离超过100 m 的情况下,实现了环境振动事件的实时监测,报警时间小于5 s,环境振动模式识别准确率可达95．7%,监测环境温度状况并准确报警异常燃烧事件的时间小于3．7 s。该节点在野外目标监测等场合有广泛的应用前景。     

风车型低频压电振动能量采集器的研究与设计

基于微机电系统（MEMS）设计了风车型结构的压电振动能量采集器,通过压电效应将低频振动能量转化为电能,用以解决环境中低频能量采集的问题。风车型结构的压电振动能量采集器以硅为基底,以PZT 5A为压电材料,包含上、下电极;4条悬臂梁旋转连接中心质量块与四周固定端,类似于风车结构。数学建模与有限元仿真分析表明,在结构尺寸与材料相同的情况下,圆弧风车型结构的谐振频率较直接连接、直角连接结构的谐振频率更低;4条悬臂梁距离中心质量块越远,谐振频率越低;在0.1g(g=9.8 m/s2)加速度谐振状态下,输出电压约为6.2 V,最大位移接近1.2 mm。基于MEMS工艺,通过IntelliSuite软件研究和定义了风车型振动能量采集器的工艺流程。     

微压电式振动能量采集器的研究进展

给出了微压电式振动能量采集器的基本工作原理和物理模型。按照压电单元结构类型的不同,将其分为单一的直线型悬臂梁、直线型悬臂梁阵列、L型悬臂梁和圆形压电膜,分别讨论了各种类型的微压电振动能量采集器的优缺点。详细介绍了国内外各研究小组研制的微压电式振动能量采集器的结构参数、性能及其应用现状,分析针对目前研究中存在的问题,指出如果能在分析建模、压电结构及压电材料优化方面取得实质性进展,微压电振动能量采集器作为新型供能设备在MEMS系统和低功耗无线传感网络中的应用将会具有更加诱人的前景。     

压电能量采集器高效能量提取接口电路设计

压电能量采集器能把环境振动能转换为电能,该文基于如何将压电能量采集器转化电能最大化提取的研究,提出了一种压电能量采集器高效能量提取接口电路,采用有源二极管整流电路降低了整流过程中的导通压降损耗,电感同步开关电荷提取电路有效提取了寄生电容中储存的电能。利用华虹宏力0.11 μm CMOS工艺进行电路设计和版图布局。测试结果表明,接口电路可提取80.4%寄生电容中存储的电能,20 kΩ电阻负载下导通压降为20.2 mV,在加速度5g(g=9.8 m/s2)和频率40 Hz条件下平均提取功率是标准接口电路的2.58倍。该芯片可应用于基于振动能供电的无线无源传感节点等领域。     

一种振动能量采集器的匹配电路研究

针对Terfenol-D/PZT/Terfenol-D复合磁电换能器将环境振动能量转化为电能时,在低频环境下难以实现匹配的情况,提出一种非线性开关匹配电路的方法。该电路在较小的电感和较高的开关频率下,以非线性的方式提高了复合换能器功率的匹配输出。并且针对换能器输出不能直接为无线传感节点供能的问题,设计了一种存储和电源管理电路。实验结果表明,采用非线性开关匹配电路,输出提高2.1倍,当存储超级电容电量积累到一定程度,管理电路控制瞬间放电电路放电,成功驱动最大功耗为75 mW的无线传感器节点正常工作,放电时间持续620 ms,最大放电功率可达120 mW。     

压电电磁复合式振动能量采集器模型的研究

针对目前单一化的压电式或电磁式机械振动能量采集装置最大输出功率较低的问题,设计了一种新型的压电电磁复合式能量采集器。通过对复合式能量采集器建立数学模型,推导出了电压、电流及输出功率的表达式。然后对复合式能量采集器的输出功率特性进行数值仿真,并设置压电片内阻值及其他参数条件,对比分析复合式能量采集器模型与单一的压电式或电磁式能量采集器模型,理论上输出功率提高了38.2%和4.74%。最后通过对采用悬臂梁结构的振动能量采集器的具体实验数据进行分析,论证了压电电磁复合式能量采集器输出功率的高效性。     

悬浮式低频宽带电磁振动能量收集器

振动能量收集技术是一种解决无线传感网络供电难题的理想方案。为实现低频、宽带振动能的高效收集,设计了一种基于抗磁悬浮系统的悬浮式电磁振动能量收集器。利用抗磁悬浮系统的低刚度特性降低系统的工作频率,并通过碰撞实现振动能量收集器工作频带的拓宽。对所设计的振动能量收集器进行理论分析和实验研究,分析悬浮磁铁的抗磁悬浮机理,建立振动能量收集器的机电耦合模型,测试了不同振动激励、负载条件下振动能量收集器的电能输出特性。实验结果表明,当激励加速度为0.3g时,峰-峰电压为205 mV,最大均方根输出功率为105.7μW,工作带宽可达8 Hz。     

从光照、振动中获取能量的采集器

从光源或振动源获得环境能量的方法可以使低功耗设计免除传统电力线和电池的束缚。很多系统如小型无线连网传感器节点和消费市场上的低成本计算器对电源有严格限制,这涉及到远程位置、成本考虑、便携程度的需求以及其他因素。另外,转向无线通信的大趋势淘汰了系统中很多有线电     

压电式振动能量采集装置研究进展

压电振动能量采集装置具有结构简单,能量密度高,寿命长等优点,在无线传感器网络、嵌入式系统和MEMS等低耗能电子设备自供电方面具有广阔的应用前景。针对提高振动能量采集能力和采集效率2个目标,根据设计压电振动能量采集装置的关键技术,从压电材料、压电元件工作模态、压电振子结构、振动支撑结构和共振频率调节方法等方面对压电振动能量采集装置的国内外研究现状进行了详细论述,指出了压电振动能量采集装置的研究前景。     

MEMS压电-磁电复合式振动能量采集器

具有高能量输出密度的自我供电振动能量采集技术有着迫切的应用需求,是智能化MEMS器件系统发展的重要方向。研究了一种可将外界环境振动能转化为电能的MEMS压电-磁电复合振动能量采集器,其综合了压电发电和磁电发电的优势,为新型MEMS供电研究提供了新思路。利用溶胶-凝胶工艺完成锆钛酸铅(PZT)压电功能薄膜的制备,采用MEMS加工技术完成器件四悬臂梁-中心质量块基础结构的设计和制作,结合集成封装技术实现微结构与永磁铁的微组装。测试结果表明:在一阶谐振频率247 Hz,10 g加速度激励的振动状态下,器件压电部分压电敏感单元与磁电部分电感线圈的单位体积最大有效输出电压分别为2.066×107和5.002×106 mV/cm3。     

低频压电式MEMS振动能量采集器研究

设计了一种低频压电d31模式的"八悬臂梁-中心质量块"结构微机电系统(MEMS)振动能量采集器,实现环境振动能量向电能的转换。首先利用溶胶-凝胶工艺实现PZT压电薄膜的异质集成制造,单个锆钛酸铅(PZT)压电敏感单元的有效尺寸为935μm×160μm×1.5μm;然后通过MEMS加工工艺完成器件微结构的加工制造,器件结构有效体积为9.936×10~(-4)cm~3;最后借助振动测试系统对该器件的各项输出性能进行测试。测试结果表明,谐振频率为60Hz、加速度激励为1g(g=9.8m/s~2)时,该能量采集器的输出电压峰-峰值为232mV。在其两端加载3.0 MΩ的负载时最大输出功率为6×10~(-4)μW,输出功率密度为0.604μW/cm~3,PZT压电敏感单元有效面积下的输出功率密度为0.025μW/cm~2。     

从以太中提取能量并为轻便系统供电的采集器 热、振动和射频源都具有为低功耗设备供电的潜力

世上没有免费的午餐,你的父母可能是这么教你的.当然,我们不可能从稀薄的空气中取得能量,是吗?但事实上,人体,工厂机器,各种型号的收音机,以及很多其它东西都在以热、振动或射频电波形式辐射能量.