检索结果-南通市图书馆

压电与声光 2009年第3期31卷 347-349页

作者：潘家伟黄卫清周凤拯冒俊南京航空航天大学精密驱动研究所江苏南京210016

介绍了利用压电陶瓷元素进行能量收集,并对其进行了理论分析。为能对负载进行供电,使用DC-DC变换器对电压进行变换,同时增加了输出功率。最后实验结果对前面的模型理论分析进行了验证。

关键词：能量收集振动 DC-DC变换器压电陶瓷

能量收集协作通信系统的链路自适应和中继选择研究

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能量收集协作通信系统的链路自适应和中继选择研究

作者：苏仕锦广西师范大学

学位级别：硕士

协作通信系统的研究已经取得了很多成果,一些成果已经在当前的通信网络中得到应用,并认为是未来通信系统重要的候选技术。与此同时,随着全社会对碳排放的控制有着越来越大的期待,绿色通信就成为必然要求,能量收集通信系统是绿色通信的... 详细信息

协作通信系统的研究已经取得了很多成果,一些成果已经在当前的通信网络中得到应用,并认为是未来通信系统重要的候选技术。与此同时,随着全社会对碳排放的控制有着越来越大的期待,绿色通信就成为必然要求,能量收集通信系统是绿色通信的一种实现途径。调研发现,对于能量收集协作通信系统而言,在能量和数据协作传输的过程中如何应用链路自适应技术是一个需要思考的问题;同时,对于现实的多用户场景,在节点收集能量有限的情况下如何实现多用户的中继选择也是需要考虑的问题。本文的工作即围绕这两个问题展开,取得了一定的进展,具体如下:一、在能量收集协作通信系统中,对于能量与数据协作传输时的链路自适应问题,从不同的节点类型出发,提出了一种考虑链路自适应的能量与数据协作传输方法。该方法根据能量和信道情况确定中继链路的自适应调制参数以及时隙划分参数,优化了能量和数据的协作传输,避免了数据在中继节点处的拥塞,减小了数据时延,延长了目的节点的待机时间,合理利用了节点的收集能量,仿真结果验证了所提方法的有效性。二、在能量收集协作通信系统的多用户场景中,对于节点收集能量有限时的中继选择问题,提出了一种基于收集能量的多用户中继选择方法,首先建立了系统模型,接着提出了基于收集能量的中继选择方法,并进行了数学分析,推导得到了目的节点的中继选择概率和平均信道容量的表达式,最终通过仿真与分析验证了所提方法在提高系统能效和信道容量上的有效性。

关键词：协作通信能量收集数据与能量协作链路自适应中继选择

能量收集最大功率点跟踪DC-DC升压转换器设计

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半导体技术 2020年第11期45卷 834-840页

作者：韦雪明覃毅青侯伶俐桂林电子科技大学广西无线宽带通信与信号处理重点实验室广西桂林541004 成都华微电子科技有限公司成都610041

通过提升功率传输效率和降低电路功耗,设计了一种适用于低功率微弱能量收集的DC-DC升压转换器。升压转换器主要包括核心电路、最大功率点跟踪(MPPT)电路、零电流开关(ZCS)转换电路、振荡器、电荷泵和偏置电路。采用开路电压法检测输入功... 详细信息

通过提升功率传输效率和降低电路功耗,设计了一种适用于低功率微弱能量收集的DC-DC升压转换器。升压转换器主要包括核心电路、最大功率点跟踪(MPPT)电路、零电流开关(ZCS)转换电路、振荡器、电荷泵和偏置电路。采用开路电压法检测输入功率,并适时调整开关导通时间,以调整输入阻抗,实现对能量源的MPPT传输;同时,采用特殊供电的ZCS,减小电路的亚阈值泄漏,提升转换效率。基于65 nm CMOS工艺对DC-DC升压转换器进行设计,芯片面积为260μm×380μm。仿真结果表明,在输入功率-7^-30 dBm内、能量源内阻50Ω~10 kΩ的条件下,跟踪效率峰值为99.81%。同时,在最低输入电压为35 mV、DC-DC转换器输出电压为1 V时,电路转换效率峰值为90.46%,整体功耗低于1.2μW。

关键词：能量收集最大功率点跟踪(MPPT) DC-DC升压转换器低功耗高效率

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MEMS压电阵列振动能量收集器

传感技术学报 2014年第8期27卷 1033-1037页

作者：佘引温志渝赵兴强邓丽城尚正国重庆大学新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室重庆400044 重庆大学微系统研究中心重庆400044 重庆大学光电工程学院重庆400044

近年来,随着微能源的发展,微型压电振动能量收集器得到了广泛关注,但传统d31模式PZT薄膜微型压电振动能量收集器输出电压普遍较低,难以满足应用需求。为提高微型压电振动能量收集器的输出电压,论文提出了共质量块悬臂梁阵列压电振动能... 详细信息

近年来,随着微能源的发展,微型压电振动能量收集器得到了广泛关注,但传统d31模式PZT薄膜微型压电振动能量收集器输出电压普遍较低,难以满足应用需求。为提高微型压电振动能量收集器的输出电压,论文提出了共质量块悬臂梁阵列压电振动能量收集器新结构,该结构包含压电悬臂梁单元组成的阵列和一个质量块,悬臂梁阵列共用质量块。采用有限元方法对该结构进行了优化设计,得到压电悬臂梁单元优化尺寸为3 mm×2.4 mm×0.05 mm,硅质量块优化尺寸为8 mm×12.4mm×0.5 mm。设计了MEMS压电阵列振动能量收集器加工工艺流程,加工出原理样件。在1 gn加速度,239.7 Hz谐振频率激励下,测试得到样件输出开路电压有效值为9.16 V;在最优化负载200 kΩ下,负载输出电压有效值为5.51 V,输出功率为151.8μW。

关键词：微机电系统振动能量收集压电阵列

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能量收集多天线发送机的功率控制策略研究

能量收集多天线发送机的功率控制策略研究

作者：宁晓晗重庆邮电大学

学位级别：硕士

随着无线通信服务空前的增长,网络和终端设备的能耗不断提高,收集和利用周围环境中的能量是减低传统能源消耗、减少碳排放的重要技术手段。由于可再生能源一般具有间歇性和随机性,使得采用能量收集方式供电的无线通信系统在能量使用上... 详细信息

随着无线通信服务空前的增长,网络和终端设备的能耗不断提高,收集和利用周围环境中的能量是减低传统能源消耗、减少碳排放的重要技术手段。由于可再生能源一般具有间歇性和随机性,使得采用能量收集方式供电的无线通信系统在能量使用上面临挑战,发送的功率是影响系统传输性能的重要问题。本文针对多天线发送机由能量收集装置供电的无线通信系统,对以最大化系统传输速率为目标的发送功率、发送时长和天线选择等参数的在线控制策略进行研究,主要内容如下:1.针对多天线源节点配备能量收集装置的无线通信系统,以最大化系统传输速率为目标的发送功率和天线选择联合优化问题,其中,收集的能量不仅用于信息的传输还包括天线激活的射频功耗、电路处理功耗。由可充电电池的电量构造能量虚队列,将尽可能最大化的传输速率的负值作为惩罚项,再利用Lyapunov优化框架将功率控制与天线选择的优化问题转换为瞬时队列漂移加惩罚函数最小化问题。每时隙遍历电池电量支持的激活天线数,并优化发送功率,选取使漂移加惩罚最小的天线数和发送功率作为最优解。最后使用蒙特卡罗仿真的方案对所提算法性能进行了仿真验证,仿真结果显示所提算法能有效调度从环境中收集到的能量,获得比对比算法更高的平均速率。2.发送机的电路功耗与发送信号的时长有关,在采用连续传输方式时,电路消耗了大部分能量,导致能支持的信号发送功率不高,为了进一步节省电路功耗,发送机采用激活-发送-睡眠的工作模式,间断地传输信息。同样针对多天线源节点配备能量收集装置的无线通信系统模型,以最大化系统传输速率为目标。首先构造能量使用和电池电量约束下的长期时间优化问题,然后利用Lyapunov优化框架将发送机的发送功率、发送时长和天线选择的联合优化问题转换为单时隙的漂移加惩罚最小化问题,最后使用KKT条件求解含有不等式约束的单时隙优化问题。仿真结果表明,所提算法对优化框架中的权重和偏移量参数进行了自适应调整,更能适应环境的变化,明显改善系统的性能。

关键词：能量收集功率控制天线选择 Lyapunov优化睡眠模式

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压电能量收集中储能器件的研究

压电与声光 2011年第6期33卷 950-953页

作者：王青萍范跃农王骐姜胜林湖北第二师范学院物理与电子信息学院湖北武汉430205 华中科技大学电子科学与技术系湖北武汉430074 景德镇陶瓷学院机电系江西景德镇333403

目前压电振动能量收集成为微能量领域的研究热点。由于收集的能量较小,因此需要储能器件把收集的能量存储起来以便为电子元件供电。比较了常用的储能器件,包括电阻、电解电容器、超级电容器和可充电电池。研究了这些器件的充放电特性和... 详细信息

目前压电振动能量收集成为微能量领域的研究热点。由于收集的能量较小,因此需要储能器件把收集的能量存储起来以便为电子元件供电。比较了常用的储能器件,包括电阻、电解电容器、超级电容器和可充电电池。研究了这些器件的充放电特性和应用状况,比较了这些器件的优缺点,结果发现,超级电容器可在低压状态下为电子元件有效供电,适合在压电能量收集中推广应用。

关键词：压电陶瓷悬臂梁能量收集振动能储能器件

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能量收集用压电陶瓷局部异质结构调制研究

能量收集用压电陶瓷局部异质结构调制研究

作者：闫晶北京工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着便携式电子设备和无线传感网络技术的蓬勃发展,压电能量收集技术成为当今新能源领域的研究前沿。其中,能量收集器用压电材料需要具有突出的能量转换特性以保证其实际使用效率。针对这一要求,压电陶瓷应当具有高的换能系数以... 详细信息

近年来,随着便携式电子设备和无线传感网络技术的蓬勃发展,压电能量收集技术成为当今新能源领域的研究前沿。其中,能量收集器用压电材料需要具有突出的能量转换特性以保证其实际使用效率。针对这一要求,压电陶瓷应当具有高的换能系数以获得高的输出能量密度。在本研究中,以0.2Pb(ZnNb)O-0.8Pb(ZrTi)O(PZN-PZT)基压电陶瓷为研究对象,通过引入稀土掺杂剂或特殊的复合组元并基于局部结构异质性调控材料的压电电荷常数与相对介电常数的变化趋势,从而获取具有高换能系数的压电陶瓷材料。同时,研究分析该PZN-PZT基压电陶瓷材料的微结构与电学性能之间的关系,并用悬臂梁式能量收集器表征其发电性能。第一,为了满足能量收集器件在环境中的实际使用需求,压电陶瓷应该同时具有高的换能系数和优良的力学性能。通过将掺杂剂SmO引入到PZN-PZT基体中获得了力电性能均衡的细晶压电陶瓷。一方面,由于Sm掺杂引起的铅空位对晶粒生长的抑制作用能够有效的细化晶粒尺寸,提高材料的力学性能。另一方面,由于Sm离子取代了钙钛矿晶格中的部分A位Pb离子,使得材料形成了局部结构异质性,造成了畴尺寸的减小和介电弛豫的增强,改善了材料的压电性能,进而提升了材料的换能系数。其中,在SmO添加量为0.4 wt%的中等晶粒尺寸处获得了优异的力学性能和换能系数:HV=4.44 GPa,K=1.23 MPa·m,d×g=9609×10 m/N。在共振频率为82 Hz、振动加速度为10 m/s的测试环境下,由具有最高换能系数的钐掺杂PZN-PZT基陶瓷制备的压电能量收集器具有最佳发电性能,其输出功率为24μW。第二,为了大幅度提升压电材料的换能系数,需要解决压电陶瓷传统改性方法中压电电荷常数和相对介电常数变化趋势相同的问题。将低介电复合组元Pb(InNb)O(PIN)引入到PZN-PZT基体中,通过传统固相法成功制备了(0.2-x)Pb(ZnNb)-x Pb(InNb)O-0.8Pb(ZrTi)O(简写为PZN-PIN-PZT)四元系压电陶瓷。一方面由于低介电复合组元的引入使材料的相对介电常数剧烈降低。另一方面,PIN引入使得B位阳离子的数量和种类增多,从而带来的局部结构异质性使得材料的Q增加并伴随着更小尺寸的微畴结构的形成,进而使得材料的压电电荷常数在一定范围内保持相对稳定。因此,实现了材料压电电荷常数和相对介电常数差异性变化趋势,使得换能系数大大提升。当PIN的含量为0.042时换能系数最大,为16081×10 m/N。在共振频率为92 Hz、振动加速度为10 m/s的测试环境下,由具有最高换能系数的PZN-PIN-PZT四元系压电陶瓷制备的压电能量收集器具有最佳发电性能,其输出功率为189μW,能量密度达到了3.37μW/mm,其所产生的电能能够成功点亮120个LED灯以及成功驱动商用速度传感器,显示了其在自供电低功率器件的潜在应用。本工作揭示了通过在压电陶瓷内部构造特定的局部异质结构,能够有效调制相对介电常数与压电电荷常数变化趋势,从而实现高换能系数压电能量收集材料的可靠制备。本研究不仅获得了性能优异的压电能量收集陶瓷,而且为相关能量收集材料设计提供了新的思路与方法。

关键词：钙钛矿能量收集压电陶瓷微结构局部结构异质性

能量收集安全无线通信系统中优化能量效率的功率控制策略研究

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能量收集安全无线通信系统中优化能量效率的功率控制策略研究

作者：王紫薇重庆邮电大学

学位级别：硕士

无线信道的广播特性使得传输的信号易于被非期望的接收端获得,因此信息传输的安全是无线通信系统中的重要问题。物理层安全是利用无线信道的特性、采用物理层技术实现信息安全传输的途径。本文针对由能量收集设备供电的物理层安全传输系... 详细信息

无线信道的广播特性使得传输的信号易于被非期望的接收端获得,因此信息传输的安全是无线通信系统中的重要问题。物理层安全是利用无线信道的特性、采用物理层技术实现信息安全传输的途径。本文针对由能量收集设备供电的物理层安全传输系统,研究以最大化能量使用效率为目标的发送功率在线控制算法。在仅拥有当前信道状态和电池电量状态信息的条件下,应用Lyapunov优化框架对优化问题进行转换,并求解,在满足电池操作约束条件下,最大化系统长期时间平均保密传输速率。主要内容如下:1.研究由一个能量收集的源节点和两个信息相互保密的目的节点组成的系统中的发送功率控制问题。每一时隙根据信道状态选择一个目的节点接收保密信息,以最大化系统的长期时间平均保密速率为优化目标构造能量使用约束下的发送功率优化问题。通过Lyapunov优化框架将电池操作和能量使用的约束转换为虚队列稳定问题,将优化目标作为惩罚项构造漂移加惩罚函数,并将包含约束的长期平均优化问题转化为每时隙的漂移加惩罚最小化问题并求解。通过蒙特卡仿真的方法对算法性能进行了验证,仿真结果表明所提算法能获得比对比算法更高的平均保密速率。2.研究由一个能量收集的源节点和一个协作干扰节点,以及两个信息相互保密的目的节点组成的系统中的联合功率控制问题。协作干扰节点在源节点传输信息的同时发送人工噪声干扰窃听节点,提高系统的保密性能。利用Lyapunov优化框架将能量使用约束下的源节点和协作干扰节点发送功率的联合控制问题转换为瞬时的漂移加惩罚最小化问题,并利用KKT条件求解瞬时优化问题。通过仿真的方法对算法性能进行了验证,仿真结果显示通过干扰节点的协作干扰,能有效地提高保密速率,明显改善系统的安全传输性能。

关键词：能量收集物理层安全 Lyapunov优化在线功率控制协作干扰

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能量收集无线传感器网络MAC协议研究

能量收集无线传感器网络MAC协议研究

作者：胥可电子科技大学

学位级别：硕士

无线传感网(WSNs)近年来得到了长足的发展,但传统的WSNs中存在一个严重问题,即能量受限。传感器节点体积较小,通常只能配备能量有限的微型电池,使得整个网络的生存时间有限。因此,在过去的十多年中,为了尽可能地减少能耗,提出了很多种... 详细信息

无线传感网(WSNs)近年来得到了长足的发展,但传统的WSNs中存在一个严重问题,即能量受限。传感器节点体积较小,通常只能配备能量有限的微型电池,使得整个网络的生存时间有限。因此,在过去的十多年中,为了尽可能地减少能耗,提出了很多种方法和协议。但与此同时,网络的性能也总是为了延长生存时间而被折中,导致WSNs不能提供更好的服务。此外,用于传感器中的一次性电池还可能污染环境。近年来提出了将能量收集(EH)技术用于传感器网络的解决方案,即能量收集无线传感器网络(EH-WSNs),可以解决上面提到的所有问题:首先,通过能量收集技术,有望解决能量受限问题,由此放宽了对能量消耗最小化的要求;其次,没有必要再因一味延长生存时间而忽视其他服务质量要求,改善了网络性能;最后,EH-WSNs中的可充电电池和超级电容比一次性电池更环保。而介质访问控制(MAC)协议设计对于WSNs至关重要,在很大程度上决定了网络性能。出于下述两点原因,传统WSNs中的MAC协议不再适用于EH-WSNs,一是在EH-WSNs中MAC协议的目标是利用可用能量来提高网络的性能,而不再是最小化能耗,二是在利用射频(RF)进行能量收集的过程中,信息和能量的传输相互竞争又相互依存。在这种背景下,本文展开了对EH-WSNs的MAC协议的研究,内容主要包括三部分:(1)回顾了经典的MAC协议,之后对国内外EH-WSNs的MAC协议设计方案进行综述,包括这些协议涉及的场景、采用的技术以及方案的优缺点;(2)当能量源是自然环境中的能量时,根据现有研究中的不足,提出改进的EH-ALOHA协议。该场景中,能量的到达过程不受人力控制且很难预估,并且协议设计目标不再是最小化能耗,而是尽可能利用收集的能量来提高网络的性能。本文根据网络的这些特性,利用贝叶斯公式对ALOHA协议的争用概率进行了改进,并通过仿真结果说明此方法确实有效提高了网络的吞吐量和公平性,减小了时延。(3)当能量源是RF时,能量和数据共用频率、时间等资源,数据的传输又需要能量,射频能量在空间还会发生干涉。综合考虑这些实际因素,本文在CSMA/CA协议中加入了射频能量初相调整、基于活跃度的充电时长、基于能量等级的数据传输优先级等多种策略,设计了适用于该场景的RF-CSMA/CA协议。

关键词：无线传感器网络能量收集介质访问控制协议射频贝叶斯公式

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无线能量收集协作系统的节能中继选择方法

计算机工程 2019年第9期45卷 82-86,94页

作者：江泽远肖琨广西师范大学电子工程学院

在无线能量收集协作通信系统中,针对中继处可能出现的能量瓶颈,提出优化源节点和中继的传输功率的节能中继选择方法。利用源节点与中继之间发射功率的比例关系计算源节点的发射功率,选择信道容量最大的中继链路进行数据转发,并考虑源节... 详细信息

在无线能量收集协作通信系统中,针对中继处可能出现的能量瓶颈,提出优化源节点和中继的传输功率的节能中继选择方法。利用源节点与中继之间发射功率的比例关系计算源节点的发射功率,选择信道容量最大的中继链路进行数据转发,并考虑源节点与中继的发射功率约束。在此基础上,推导系统的平均信道容量和中断性能。仿真结果表明,该方法可显著提高系统能量效率,节约源节点的能量消耗。

关键词：协作系统能量收集中继选择能量效率中断性能信道容量