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二维声学黑洞应用于压电振动能量收集

振动与冲击 2024年第7期43卷 10-17页

作者：陈兵张杨坤任江尹忠俊北京科技大学机械工程学院北京100083

声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应可以产生强烈的能量集中,能够将高频率低振幅的低品质振动能量转化为高振幅的高品质振动能量,从而便于利用。提出并研究了一种环形二维声学黑洞压电能量收集装置。有限元分析结果表明,环形二维AB... 详细信息

声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应可以产生强烈的能量集中,能够将高频率低振幅的低品质振动能量转化为高振幅的高品质振动能量,从而便于利用。提出并研究了一种环形二维声学黑洞压电能量收集装置。有限元分析结果表明,环形二维ABH结构能在宽频域内显著提高能量收集效率。搭建了环形二维声学黑洞压电能量收集器试验测试平台,通过试验验证了仿真结果的正确性。与经典二维ABH结构相比,环形二维ABH结构具有更好的能量收集效率和结构强度。分析了压电片几何尺寸等因素对装置能量收集效率的影响,得到了能获得较高输出功率的几何尺寸范围,并进行了正交试验设计,研究了截断厚度、压电片尺寸、中央平台直径、幂指数等多因素的综合影响。

关键词：弹性波声学黑洞(ABH) 能量收集机电耦合

静电纺P(VDF-TrFE)纳米纤维在柔性压电传感与能量收集领域的研究进展

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复合材料学报 2024年第3期41卷 1141-1152页

作者：屈展夏广波方剑苏州大学纺织与服装工程学院苏州215021 苏州大学现代丝绸国家工程实验室苏州215023

压电聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))作为聚偏氟乙烯(PVDF)典型的共聚物,具有优异的压电性能、机械性能及生物相容性。因此基于P(VDF-TrFE)静电纺压电网膜的柔性压电传感器与能量收集器在可穿戴电子设备、智能纺织品及医疗健康... 详细信息

压电聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))作为聚偏氟乙烯(PVDF)典型的共聚物,具有优异的压电性能、机械性能及生物相容性。因此基于P(VDF-TrFE)静电纺压电网膜的柔性压电传感器与能量收集器在可穿戴电子设备、智能纺织品及医疗健康系统等领域有着广阔的前景,能够将触觉/压力、应变、声波甚至生理微振动等信号转换为电学信号或低功率的电能。本文旨在深入分析P(VDF-TrFE)压电性能的机制,总结各种提升静电纺P(VDF-TrFE)纳米纤维压电性的策略,全面概述P(VDF-TrFE)基柔性压电传感与能量收集方面的应用,特别是在压力与触觉传感、声传感、生物组织传感、生理微振动传感及能量收集等领域的研究进展。阐述了静电纺压电聚合物纳米纤维的新兴应用场景,并讨论了该领域目前的挑战和未来前景。

关键词： P(VDF-TrFE) 静电纺丝法纳米纤维传感能量收集 PVDF 压电

能量收集MEC系统中的任务卸载与资源分配方案研究

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小型微型计算机系统 2024年第6期45卷 1363-1369页

作者：鲜永菊陈万琼左维昊汪帅鸽重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

移动边缘计算(MEC)与能量收集(EH)技术相结合,可以有效缓解终端设备计算资源与电池电量不足问题.然而,能量收集的动态性、任务到达的随机性以及网络信道状态的实时变化对MEC系统的任务卸载和资源分配带来极大的挑战.为了满足队列长期稳... 详细信息

移动边缘计算(MEC)与能量收集(EH)技术相结合,可以有效缓解终端设备计算资源与电池电量不足问题.然而,能量收集的动态性、任务到达的随机性以及网络信道状态的实时变化对MEC系统的任务卸载和资源分配带来极大的挑战.为了满足队列长期稳定,最小化终端设备完成任务的执行时间和能量消耗总成本,文章设计了一种基于深度强化学习(DRL)和改进差分进化的任务卸载和资源分配方案,首先通过Lyapunov随机优化理论,将随机优化问题解耦成每个确定时隙内的卸载决策子问题和资源分配子问题,然后通过DRL算法和改进的差分进化算法分别求解两个子问题.最后仿真结果表明,所提方案可以有效降低终端设备完成任务的总成本,并保证队列长期稳定.

关键词：移动边缘计算能量收集任务卸载资源分配深度强化学习

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射频能量收集认知无线电网络的最优时限约束频谱接入

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南京理工大学学报 2024年第2期48卷 218-226页

作者：张凯沈世林房婷张葳林艳张一晋南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094

为了在能量收集与传输时限约束下优化认知无线电网络次用户的机会式频谱接入,该文综合考虑信道状态的时变性与观测性,基于队列所有数据包的传输紧迫性对次用户时限约束频谱接入进行马尔可夫决策过程(MDP)建模。证明此MDP建模具有单链性... 详细信息

为了在能量收集与传输时限约束下优化认知无线电网络次用户的机会式频谱接入,该文综合考虑信道状态的时变性与观测性,基于队列所有数据包的传输紧迫性对次用户时限约束频谱接入进行马尔可夫决策过程(MDP)建模。证明此MDP建模具有单链性质,进而使用价值迭代算法求解确定性平稳ε-最优策略,有效降低了最优策略求解复杂度。仿真结果在不同网络参数配置下验证了该文策略相较于贪婪策略的吞吐率性能优势。

关键词：传输时限能量收集认知无线电马尔可夫决策过程吞吐率机会式接入计算复杂度确定性平稳策略

解码转发全双工能量收集最大的多认知中继网络能效谱效权衡

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计算机应用 2024年第4期44卷 1202-1208页

作者：毛志鹏仇润鹤东华大学信息科学与技术学院上海201620 数字化纺织服装技术教育部工程研究中心上海201620

在无线携能(SWIPT)支持下的全双工多认知中继网络中,为使能效谱效最大,选择能量收集最大的中继进行解码转发,以此形成一个能效谱效权衡最优化问题,采用变量变换和凹凸过程优化方法将该问题转换为凸优化问题。当权衡因子为0时,该优化问... 详细信息

在无线携能(SWIPT)支持下的全双工多认知中继网络中,为使能效谱效最大,选择能量收集最大的中继进行解码转发,以此形成一个能效谱效权衡最优化问题,采用变量变换和凹凸过程优化方法将该问题转换为凸优化问题。当权衡因子为0时,该优化问题等价于使谱效(SE)最大的优化问题;当权衡因子为1时,该优化问题等价于使系统消耗的能量最小问题。为求解该优化问题,提出一种可以直接得到使能效(EE)最大的权衡因子的改进算法,通过联合源节点发射功率和功率分割因子进行优化。所提算法分为两步:首先固定功率分割因子,得到使EE最优的源节点发射功率和权衡因子;其次,固定最优的源节点发射功率,利用能效谱效与功率分割因子之间的关系,求得最优的功率分割因子。仿真实验结果表明,相较于剩余其他中继组成的网络,能量收集最大的中继网络在EE和SE上都更优。在能效谱效方面,与只优化发射功率的方法相比,所提算法的EE提高了63%以上,SE提高了30%以上;所提算法EE和SE与穷举法相差不大,同时算法收敛较快。

关键词：全双工认知中继能量收集能效谱效权衡因子

基于电磁超材料的射频能量收集器设计及性能验证

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传感器与微系统 2024年第1期43卷 91-94,98页

作者：尉易庆杨慧敏忻州师范学院电子系山西忻州034000

设计了一种用于2.45GHz射频(RF)能量收集的超材料能量收集器,为典型的三明治结构,超材料谐振结构为互补开口谐振环(CSRR),介质层选用具有低损耗角正切特性的F4B材质。通过在CSRR的开口处打孔并加载负载电阻,实现了WiFi频段电磁(EM)能量... 详细信息

设计了一种用于2.45GHz射频(RF)能量收集的超材料能量收集器,为典型的三明治结构,超材料谐振结构为互补开口谐振环(CSRR),介质层选用具有低损耗角正切特性的F4B材质。通过在CSRR的开口处打孔并加载负载电阻,实现了WiFi频段电磁(EM)能量的完美吸收。通过对收集器输入阻抗及多物理场分布的仿真,从不同方面分析了超材料能量收集器的吸波机理。样品的测试结果表明:所设计的超材料能量收集器能够在2.5 GHz达到89.3%的能量收集效率。验证了所设计的超材料谐振结构用于WiFi能量收集的可行性,可用于低功耗消费电子、医疗植入设备、物联网传感器节点等的主要或供电辅助来源。

关键词：超材料能量收集欧姆损耗电磁谐振

基于鼓式TENG装置的能量收集及振动检测研究

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基于鼓式TENG装置的能量收集及振动检测研究

作者：金孙洋洋杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着近年来无线传感网络的发展,无线传感器可用于监测桥梁或者房屋建筑结构是否发生损坏或者产生劣化,同时从周围环境收集能量,实现能量的自供应已经吸引越来越多的关注,因此寻求一种解决方案通过收集周围环境的振动能量为无线传感器提... 详细信息

随着近年来无线传感网络的发展,无线传感器可用于监测桥梁或者房屋建筑结构是否发生损坏或者产生劣化,同时从周围环境收集能量,实现能量的自供应已经吸引越来越多的关注,因此寻求一种解决方案通过收集周围环境的振动能量为无线传感器提供持续且稳定电能。本文基于摩擦纳米发电机（TENG）的工作原理,以实现能量收集和振动检测为目的,设计了一种鼓式结构装置,本文的主要研究内容如下:1、阐述了检测建筑健康状态的重要性,发现无线振动传感器存在供能不可持续的现实问题,分析了国内外基于TENG的振动能量收集装置与检测装置,并通过比较各类装置的特点和输出表现,选择设计一种基于TENG的能量收集与振动检测装置。2、对比分析TENG的基本运动模式,选择垂直接触-分离运动模式并完成该模式的电性能理论分析,同时根据材料的摩擦序列以及材料的力学性能确定摩擦电极材料为铍青铜和PTFE,确定鼓式结构TENG的整体结构设计,电极对总体采用八面体形的排布方式,同时对鼓式TENG电极对的工作原理进行说明。3、对鼓式TENG装置进行力学性能分析,利用ANSYS Workbench软件对鼓式TENG的进行有限元分析,得到结构的固有频率和应力分布云图,验证结构的可靠性。同时利用COMSOL Multiphysics软件对鼓式TENG电极对进行电学性能仿真,根据得到的鼓式TENG电极对电势云图,验证了电极对的接触面积对输出电压的影响。4、基于设计的TENG装置搭建和简化实验装置,由理论分析对电极对的输出效能进行实验分析,得到电极对的接触面积和输出电压之间的线性关系,以及接触加速度和输出电压对应的拟合曲线。根据实验测得最大输出电压有效值为3.64V,同时测算得到一个电极对单个周期输出功率可达到1.32×10W,八电极对鼓式TENG装置输出功率为1.06×10W。5、根据鼓式TENG装置结构中电极对排布的特性,通过示波器测量电极对的输出电压,证明装置能够检测垂直振动和水平振动时产生的干扰振动信号。进一步的,对垂直方向和水平方向的振动检测进行试验探究,通过对特殊方位点振动时电极对产生的电压信号,建立方位函数,实现根据采集的电极对电压信号求解得到振动信号的来源。

关键词：振动能 TENG 能量收集振动检测

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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毫瓦级电磁式振动能量收集中低功耗变换技术

电力电子技术 2024年第4期58卷 109-114页

作者：陈绍南肖静吴晓锐龚文兰南方电网公司无线传能联合实验室广西南宁530023 广西电网有限责任公司电力科学研究院广西西南宁530023

能量收集是保障分布式传感器持续供电的关键。电磁式能量收集为交流输出,且幅值低,输出阻抗高。为了实现能量高效传输和变换,需要高升压比的低功耗AC/DC变换器,并通过阻抗匹配提高传输效率。然而,现有微能量变换的电路效率仅为60%;且无... 详细信息

能量收集是保障分布式传感器持续供电的关键。电磁式能量收集为交流输出,且幅值低,输出阻抗高。为了实现能量高效传输和变换,需要高升压比的低功耗AC/DC变换器,并通过阻抗匹配提高传输效率。然而,现有微能量变换的电路效率仅为60%;且无法实现与输出和输入电压解耦的阻抗匹配,功率传输效率低。为了解决以上问题,这里提出采用临界导通模式(BCM)使变换器输入阻抗仅受导通时间控制,利用固定开通时间的控制方法实现阻抗匹配,并给出了在低压、毫瓦级变换下高效功率器件选型标准。构建了基于氮化镓(GaN)HEMT的双Boost单级AC/DC功率变换器,峰值开环变换效率达74.5%,峰值闭环效率达72.3%。

关键词：变换器能量收集临界导通模式阻抗匹配

基于微波无线能量传输多径效应的多角度超表面能量收集器

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移动信息 2024年第1期46卷 41-43页

作者：牧仁内蒙古阿拉善盟广播电视传输发射中心台内蒙古阿拉善750300

文中深入研究了基于微波无线能量传输技术的多径效应及其对多角度超表面能量收集器的性能的影响。首先,概述了微波无线能量传输技术的基本原理与发展现状,随后详细讨论了超表面结构在多角度能量接收中的应用。通过理论分析与仿真实验,... 详细信息

文中深入研究了基于微波无线能量传输技术的多径效应及其对多角度超表面能量收集器的性能的影响。首先,概述了微波无线能量传输技术的基本原理与发展现状,随后详细讨论了超表面结构在多角度能量接收中的应用。通过理论分析与仿真实验,文中提出了一种优化的超表面设计方案,以提高能量收集效率。实验结果显示,该方案能显著提高多角度超表面能量收集器在复杂传播环境下的能量收集性能,不仅为超表面能量收集器的设计提供了新的视角,也为未来无线能量传输技术的发展提供了理论参考。

关键词：微波无线能量传输多径效应超表面能量收集仿真实验