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可更换式多方向振动能量收集装置优化研究

压电与声光 2017年第4期39卷 594-598页

作者：张旭辉吴中华邓鹏飞赖正鹏樊红卫西安科技大学机械工程学院陕西西安710054

针对全方向振动能量收集装置阻尼大,频带窄,结构复杂及安装繁琐等问题,优化设计了一种可更换能量收集模块的多方向振动能量收集装置。在结构上,该装置实现了传统能量收集装置从单一整体结构到模块化组装的结构转化;在性能上,通过理论仿... 详细信息

针对全方向振动能量收集装置阻尼大,频带窄,结构复杂及安装繁琐等问题,优化设计了一种可更换能量收集模块的多方向振动能量收集装置。在结构上,该装置实现了传统能量收集装置从单一整体结构到模块化组装的结构转化;在性能上,通过理论仿真计算确定装置材料尺寸,并经过实验测试装置性能,新设计的装置与之前的装置相比,其最大峰值电压提高约11倍,最大输出功率达到28.75μW。

关键词：方向俘能器能量收集装置有限元仿真可更换振动

ANSYS的两自由度宽频压电能量收集装置性能分析

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ANSYS的两自由度宽频压电能量收集装置性能分析

提升机滚筒监测无线传感器网络节点能量收集装置

湖北省机械工程学会设计与传动专业委员会暨武汉机械设计与传动学会第21届学术年会

作者：张斯阳曾琴孙科陶孟仑陈定方武汉理工大学智能制造与控制研究所

以两自由度宽频压电能量收集装置为研究对象,基于ANSYS对其进行有限元分析,将两自由度压电振子与单自由度压电振子和二元阵列压电振子进行对比.将这三种结构在相同的参数条件下进行模态分析以及谐响应分析,证明两自由度压电悬臂梁能起... 详细信息

以两自由度宽频压电能量收集装置为研究对象,基于ANSYS对其进行有限元分析,将两自由度压电振子与单自由度压电振子和二元阵列压电振子进行对比.将这三种结构在相同的参数条件下进行模态分析以及谐响应分析,证明两自由度压电悬臂梁能起到拓宽频宽的作用.

关键词：宽频压电二自由度悬臂梁能量收集装置 ANSYS

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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科技创新与应用 2017年第12期7卷 47-48页

作者：陈美杉李莹许涛江苏师范大学机电工程学院江苏徐州221116

通过检测滚筒应力场反应提升机的运行状态,但检测节点电池寿命短,维护成本高。利用提升机滚筒转动时与周围空气发生相对运动,产生的空气流动从而转化成电能,对无线传感网络持续供电。分析比较微型风力发电机技术研究:微型涡轮机风力发... 详细信息

通过检测滚筒应力场反应提升机的运行状态,但检测节点电池寿命短,维护成本高。利用提升机滚筒转动时与周围空气发生相对运动,产生的空气流动从而转化成电能,对无线传感网络持续供电。分析比较微型风力发电机技术研究:微型涡轮机风力发电机、微型风箱发电机、微型电磁风力发电机和风致振动压电能量收集装置,提出实时收集风致振动压电能量对提升机滚筒的无线检测网络节点的持续供电方案。

关键词：风能转换能量收集装置压电

ANSYS的两自由度宽频压电能量收集装置性能分析

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湖北工业大学学报 2013年第4期28卷 92-95页

作者：张斯阳曾琴孙科陶孟仑陈定方武汉理工大学智能制造与控制研究所湖北武汉430063

关键词：宽频压电二自由度悬臂梁能量收集装置 ANSYS

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矿用自俘能无线监测系统性能提升技术研究

矿用自俘能无线监测系统性能提升技术研究

作者：邓鹏飞西安科技大学

学位级别：硕士

传统有线监测所存在的传感器布线难、通信难和能源供给难等问题已不能满足现代化煤矿井下的监测需求,借助振动能量收集技术和无线传感器网络技术设计的矿用自俘能无线监测系统能很好的解决煤矿井下复杂环境中的设备监测问题。课题组前... 详细信息

传统有线监测所存在的传感器布线难、通信难和能源供给难等问题已不能满足现代化煤矿井下的监测需求,借助振动能量收集技术和无线传感器网络技术设计的矿用自俘能无线监测系统能很好的解决煤矿井下复杂环境中的设备监测问题。课题组前期研发的振动能量收集系统存在俘能效率低等问题,因此,本文致力于矿用自俘能无线监测系统的性能和效率提升技术研究。论文系统分析基于振动能量收集技术的无线监测系统的性能影响因素,给出系统效率提升总体方案,从俘能、储能和用能几个方面入手,设计新一代可更换能量收集模块的多方向振动能量收集装置,改进能量收集电路和无线监测模块节能策略。针对能量收集装置的换能结构复杂、阻尼大等问题,进行优化设计,设计一种可更换能量收集模块的多方向振动能量收集装置,建立单个能量收集模块的数学模型,分析其动力特性和机电耦合性能,并借助ANSYS有限元软件对装置进行动态仿真,优化装置中的弹簧、质量块、压电陶瓷等关键尺寸或参数。在原有能量收集电路基础之上设计新型并联六路能量收集电路以解决换能器压电陶瓷在机电耦合过程中高阻抗、高电压、极小电流问题;同时对无线监测模块提出了节能策略来降低功耗、延长监测时间从而提高系统性能。最后,在理论计算和仿真研究基础之上优化了能量收集装置、设计实验方案并搭建了实验平台,对系统各模块功能进行验证。通过实验数据分析,改进后的能量收集装置最大峰值电压比原有装置可提高大约11倍,最大输出功率达到28.75μW。通过对系统总体的调试,其各项性能满足功能要求。

关键词：全方向俘能器能量收集装置数学建模有限元仿真优化性能提升

半电极含金属芯压电纤维能量收集研究与优化设计

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半电极含金属芯压电纤维能量收集研究与优化设计

作者：单鑫中国科学技术大学

学位级别：硕士

现代社会计算机互联网技术与无线传感器网络技术快速发展,各种无线设备的广泛应用,使得为无线设备提供稳定安全的能源成为科学家们研究的热点。如今市场上无限设备的电源器件主要是化学电池。但是化学电池一般含有强酸或强碱溶液,还含... 详细信息

现代社会计算机互联网技术与无线传感器网络技术快速发展,各种无线设备的广泛应用,使得为无线设备提供稳定安全的能源成为科学家们研究的热点。如今市场上无限设备的电源器件主要是化学电池。但是化学电池一般含有强酸或强碱溶液,还含有重金属元素,使用回收不当将会污染环境。这些缺陷使化学电池在未来的应用受到限制。故而在某些领域,以压电效应原理为理论基础的压电能量收集装置将取代化学电池,逐渐成为研究重点。压电能量收集装置的核心部件是装置内部的压电结构。目前最常用压电结构是压电悬臂梁晶体片结构。但是随着压电能量收集装置的广泛使用,已存在的一些悬臂梁晶体片结构不能满足压电能量收集装置在各种场合的使用。因而各种特殊高效的压电结构被设计分析。故本文主要根据压电振动收集原理,分析研究一种半电极含金属芯的压电纤维结构,分析该纤维结构的能量转化效率并对纤维结构加以优化设计。半电极含金属芯压电纤维是一种圆柱形结构的压电纤维。纤维中心是圆柱形金属芯,金属芯外层包裹着等厚度的压电材料,再在压电材料外层一半的表面上镀上一层薄金属膜。半电极含金属芯压电纤维作为悬臂梁结构使用时,其轴向长度远远大于纤维半径。本文中通过施加作用力于纤维一端,分析纤维的弯曲振动。根据纤维结构求出纤维的能量转换效率的方程。文中通过改变纤维能量转化效率方程参数(内径比、柔度比和耦合系数),分析出纤维能量转换效率跟随各个参数的变化趋势,求出可以得到最高的能量转化效率的纤维参数。本文采用能量分析的方法建立了半电极含金属芯压电纤维在末端作用力下的能量转换模型,针对金属芯半径为常数和纤维半径为常数两种情况优化设计了变截面的压电纤维,并与常截面压电纤维的能量转换性能进行了比较。仿真并对比得出最优化分析。

关键词：能量收集装置压电效应悬臂梁半电极含金属芯压电纤维

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风车式压电发电装置研究

风车式压电发电装置研究

作者：李靖南京航空航天大学

学位级别：硕士

本课题受国家自然科学基金(51175250),机械结构力学及控制国家重点实验室开放性课题(MCMS-0312G02)资助。随着无线技术和微电子设备的发展,能量收集受到人们越来越多的关注。通过和低能耗设备的结合,能量收集装置的应用范围得到了很好... 详细信息

本课题受国家自然科学基金(51175250),机械结构力学及控制国家重点实验室开放性课题(MCMS-0312G02)资助。随着无线技术和微电子设备的发展,能量收集受到人们越来越多的关注。通过和低能耗设备的结合,能量收集装置的应用范围得到了很好的拓展。在众多的能量收集装置中,压电能量收集装置因为结构简单、清洁环保和易于微型化等优点而得到广泛应用。本文在基于压电理论和永磁铁斥力等相关知识的基础上,给出了一种风车式压电能量收集装置的设计方案,并进行了装置的制作。在制作过程中,用理论分析、软件仿真和实验研究的方法对方案的可行性进行了验证。最后对能量收集电路进行了研究设计。主要研究内容包括:1.总结了压电发电装置的国内外现状和发展前景,对本装置研究的必要性做了分析和概括。2.对压电材料、压电参数、压电元件机电转换原理等压电发电的理论知识进行了阐述,分析了压电振子的支撑方式、激励方式和压电陶瓷粘贴位置等对电能产生的影响,为装置的结构设计提供理论支持,进而为装置选用合适的压电振子。3.用comsol软件对压电振子的基板材料、尺寸和装置电能产生的关系进行了分析,找出参数最优值,为装置的制作和优化打下基础。4.用实验的方法对永磁铁斥力和不同压电振子的共振频率进行测定,设计和制备风车式压电能量收集装置,并用实验的方法对装置电能的产生进行验证。5.分析各种能量收集电路,针对本装置进行电路设计,连接装置对整体效果进行验证。该装置创新之处在于:振动能量通过非接触的永磁斥力传递,避免了机械传递带来的能量损耗并且延长了使用寿命。另外,压电振子设计成不同厚度,保证了该装置在宽频带下能高效率的工作。对装置能量收集电路进行创新设计,以便达到更好的收集效果。

关键词：压电材料振动能量收集装置宽频带永磁铁电路设计

基于树茎膨胀能收集的林业碳汇计量方案设计研究

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基于树茎膨胀能收集的林业碳汇计量方案设计研究

作者：闫鑫涛浙江工业大学

学位级别：硕士

应对全球气候变暖,世界各国都在提倡低碳生产和低碳生活。从一定程度上讲,这是一种被动的举措,有些被迫无奈。相比之下,种植碳汇林,把自己排放的二氧化碳吸收掉,则更显得主动。随着这种理念的出现,和对减排的需要,IPCC提出了碳汇交易这... 详细信息

应对全球气候变暖,世界各国都在提倡低碳生产和低碳生活。从一定程度上讲,这是一种被动的举措,有些被迫无奈。相比之下,种植碳汇林,把自己排放的二氧化碳吸收掉,则更显得主动。随着这种理念的出现,和对减排的需要,IPCC提出了碳汇交易这种概念,即将碳汇作为一种商品进行买卖。这样就迫切需要碳汇的计量方案,目前国内针对碳汇计量的研究都是针对性的,且较为分散,缺少整套的计量方案。本研究根据所选实验地的情况,设计一整套碳汇计量方案,该方案根据普遍运用的碳储量估算原理,在计量结果不失准确的情况下,使计量过程更加方便简单。而且该方案设计了一套树茎膨胀能收集装置,用于测量记录样地树木参数的同时,收集树茎日常膨胀收缩的微能量,对装置原型不足之处进行了分析,并提出优化方案。本文主要工作包括以下几个方面：1.针对装置原型设计时力学模型分析不足之处进行分析,提出准确的受力分析方法。然后整个装置的主要模块进行总体的优化设计。2.对装置原型中内部各控制系统设计的不足之处进行分析,主要涉及自动回复及预紧装置、发条芯轴处的单向机构和分离装置设计的缺陷。然后提出优化改进方案,通过这些机构实现对装置工作的综合调节与控制。最终设计一款配合碳汇计量用途的树茎膨胀能收集装置,不仅用于高效的收集树茎日常膨胀收缩的微能量,还可以对树木胸径数据进行及时测量记录。3.参考现有的碳汇计量方法,结合该研究的实际情况与用途,设计了一整套碳汇计量、监测方案。该方案在满足研究需要的同时,不失传统方法的准确性,而且操作较传统方法简单。通过实测数据,得出最优的胸径树高关系式,用于碳汇计量。4.将本研究设计的碳汇计量方案,在实验地进行检验。通过实测数据,估算出实验地主要树种的碳储量。并对能量收集装置的工作性能进行实验检测。

关键词：树茎膨胀能碳汇计量胸径树高关系能量管理系统能量收集装置

基于带质量块的多悬臂梁船舶主机节能降噪研究

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内燃机与配件 2019年第6期 69-71页

作者：张承华李志坚周庆禹杭王佳乐重庆交通大学航运与船舶工程学院重庆400074

噪声大小一直是衡量船舶性能优劣的重要指标之一,船用柴油机是引起船舶振动与噪声的主要来源,长期工作船上的人员和相关设备会受到振动和噪声带来的危害,船舶主辅机在运行过程中一直存在振动能量的浪费,而压电材料将环境中的振动能转化... 详细信息

噪声大小一直是衡量船舶性能优劣的重要指标之一,船用柴油机是引起船舶振动与噪声的主要来源,长期工作船上的人员和相关设备会受到振动和噪声带来的危害,船舶主辅机在运行过程中一直存在振动能量的浪费,而压电材料将环境中的振动能转化成电能,这种能量收集方式受到越来越多的关注。鉴于振动问题是船舶领域当中备受关心的问题,而能源问题更是全球关心的问题,因此本文根据船舶柴油机多振源、宽频带、振动类型复杂多样等振动特点,研究设计了一种带质量块的多悬臂梁发电装置,在进行能量收集的同时实现减振降噪。

关键词：振动船舶主机能量收集装置压电材料节能降噪