检索结果-南通市图书馆

基于层级负泊松比结构的低功耗传感器自供能装置的结构优化设计

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于层级负泊松比结构的低功耗传感器自供能装置的结构优化设计

作者：陆亚平南京理工大学

学位级别：硕士

汽车在行驶过程中会产生丰富的振动能量,将这些能量进行回收并对汽车上的低功耗传感器进行供电是一种有效的节能方式。本文基于压电结构对汽车行驶过程中产生的振动能量回收进行研究,提出了一种层级负泊松比结构的压电俘能器,通过建立... 详细信息

汽车在行驶过程中会产生丰富的振动能量,将这些能量进行回收并对汽车上的低功耗传感器进行供电是一种有效的节能方式。本文基于压电结构对汽车行驶过程中产生的振动能量回收进行研究,提出了一种层级负泊松比结构的压电俘能器,通过建立数值模型对其进行性能分析并制作样件进行实验验证。为同时提高俘能器的输出功率和疲劳性能,本文提出了一种自适应加点策略的神经网络回归模型,并结合改进的二代遗传算法对层级负泊松比结构的俘能器进行优化设计。文章研究内容如下:（1）在多体动力学软件ADAMS中建立了整车模型,并测量了悬架处的加速度激励大小,选择汽车振动源的加速度1m/s作为俘能器的激励,选择汽车车身加速度传感器作为供电对象并分析了其功耗,基于此设计了一种悬臂梁结构的俘能器,并在弹性基体中引入层级负泊松比结构。为了后续优化工作,对俘能器进行了参数化建模。（2）建立了层级负泊松比结构的压电俘能器有限元模型,同时还建立了相同尺寸的平板结构和负泊松比结构的俘能器模型,通过COMSOL比较了三种结构的模态、应力应变分布、电压功率响应以及疲劳强度,并进行了实验验证,最后对层级负泊松比结构的俘能器进行了参数分析。研究发现,层级负泊松比结构的俘能器一阶谐振频率低,应力应变大,输出的电压和功率更高,在长71mm,宽30mm的外形尺寸下的最高电压达到了25.07 V,功率密度达到了210.52μW/g,相较于同尺寸的平板结构和负泊松比结构的俘能器分别提高了256.33%和40.73%。（3）提出了一种自适应加点策略的神经网络回归模型,首先通过Sobol序列完成全顺序空间填充设计,其次根据冯洛诺依图分割设计空间,对设计空间中的已有样本点计算出留一法交叉验证误差,将误差和稀疏性相结合作为加点依据,利用测试函数确定了空间稀疏性和验证误差之间的权重k=0.7,并采用单次加入多个样本点的并行加点方式,后续加点都采用最大最小距离准则为加点依据,直至达到满足精度的代理模型。（4）将自适应加点策略的神经网络回归模型应用到俘能器的设计中,建立其代理模型,并结合改进的二代遗传算法,改变其交叉变异的方式,节省了计算资源,同时建立备忘录用于存储迭代过程的性能良好的解,在此基础上得到了一组适用于层级负泊松比结构俘能器的帕累托前沿解,优化后的俘能器的最佳输出功率达到了266.80μW/g,应力寿命能够循环11570次。

关键词：自供能压电俘能器负泊松比结构试验设计方法多目标优化算法

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

自供能雷电流监测系统设计

高电压技术 2014年第5期40卷 1306-1311页

作者：杜林罗宇鹰刘军重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400030 国网重庆江津供电公司重庆402260 国网重庆市电力公司检修分公司重庆400039

为向输电线路雷击大电流测量装置提供稳定可靠的电源,基于电磁感应原理设计了一种自供能雷电流监测装置,在雷电流入地通道（杆塔、避雷针、接地引下线）上安装信号线圈和取能线圈,当取能单元被雷电流触发后,即开始获取雷电流电磁能量,同... 详细信息

为向输电线路雷击大电流测量装置提供稳定可靠的电源,基于电磁感应原理设计了一种自供能雷电流监测装置,在雷电流入地通道（杆塔、避雷针、接地引下线）上安装信号线圈和取能线圈,当取能单元被雷电流触发后,即开始获取雷电流电磁能量,同时,信号线圈将对雷电流极性和峰值进行采样和存储。通过理论推导并借助Saber软件,最终确定取能和信号线圈的结构,并合理选取其尺寸等参数。研究结果表明,前置取能线圈能够通过连接相应的电能适配电路,向负载电路进行稳定供能。雷电流传感器能够对幅值介于10～200 kA之间的雷电流进行线性测量。

关键词：雷电流监测信号线圈取能线圈信号调理自供能供能电路

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

自供能电致变色器件研究进展

复合材料学报 2021年第6期38卷 1724-1733页

作者：张翔李文杰李森然张虎林赵九蓬李垚哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150001 哈尔滨工业大学化工与化学学院哈尔滨150001

电致变色器件(ECDs)在外加电场下颜色可以发生可逆改变,通常ECDs需要接入外部电路提供驱动电压,这限制了ECDs的应用。近年来,研究者将供电器件与ECDs整合,制备成为自供能的ECDs,并取得了显著的进展。太阳能、化学能和力学能均可通过合... 详细信息

电致变色器件(ECDs)在外加电场下颜色可以发生可逆改变,通常ECDs需要接入外部电路提供驱动电压,这限制了ECDs的应用。近年来,研究者将供电器件与ECDs整合,制备成为自供能的ECDs,并取得了显著的进展。太阳能、化学能和力学能均可通过合理利用作为ECDs变色的驱动能源,有效满足了ECDs的实际使用需求,极大地促进了ECDs研究领域的发展。本文综述了近年来自供能ECDs的研究进展,并对未来自供能ECDs的实际应用进行了展望。

关键词：电致变色自供能太阳电池化学能摩擦纳米发电机

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

自供能气体传感器研究进展

电子科技大学学报 2018年第1期47卷 139-146页

作者：谢光忠王斯谢法彪苏元捷电子科技大学光电信息学院电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054

小尺寸、免维护、可移动的自供能系统尤其是自供能传感器具有非常广阔的应用前景。自供能系统本身可以从周围环境中收集能量并且转化为电能,为系统中各种功能器件的运行提供电源,因此自供能系统可以完全独立地实现特定的功能,而且能持... 详细信息

小尺寸、免维护、可移动的自供能系统尤其是自供能传感器具有非常广阔的应用前景。自供能系统本身可以从周围环境中收集能量并且转化为电能,为系统中各种功能器件的运行提供电源,因此自供能系统可以完全独立地实现特定的功能,而且能持续地工作。将收集环境中风能、太阳能、机械能等微小能量的自供能系统应用到气体传感器领域的研究十分有意义。目前,自供能气体传感器的实现有两种方式:一种是发展能收集环境中能量的设备去驱动传统的传感器,另外一种是自供能有源传感器,而第一种自供能气体传感器可以通过自身收集环境能量并对气体做出响应。该文对目前国内外基于收集风能、机械能以及太阳能的自供能气体传感器的设计方法、工作原理和特点进行了总结,为今后一体化集成式自供能气体传感器的研制提供参考。

关键词：能源气体传感器纳米发电机自供能传感器

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

基于自供能能量技术的智能油气通信系统

基于自供能能量技术的智能油气通信系统

作者：任俊金电子科技大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,人类社会对石油这一能源的需求也在不断增加,为了降低石油勘探的风险与成本,油气系统逐渐朝着信息化、智能化的方向发展。但目前智能油气通信系统面临着两个重要难题:第一个是井下供能方面的难题;第二个是井下通信方面... 详细信息

随着社会的发展,人类社会对石油这一能源的需求也在不断增加,为了降低石油勘探的风险与成本,油气系统逐渐朝着信息化、智能化的方向发展。但目前智能油气通信系统面临着两个重要难题:第一个是井下供能方面的难题;第二个是井下通信方面的难题,目前应用最为广泛的泥浆脉冲遥测技术,数据传输速率太慢,仅为40 bps/s左右,严重影响了实时通信的效率。针对上述两大难题,本文将自供能环境能量收集技术与低功耗通信系统结合,设计了自供能智能油气通信系统,旨在解决井下恶劣环境中的供能与通信难题。在井下供能方面,本文利用管壁非接触式振动发电,以悬臂梁结构为基础设计出压电与摩擦发电混合发电结构。在井下通信方面,本文提出了有线和无线混合的中继数据传输方式。本文将低功耗技术与自供能技术结合在一起,设计出自供能智能油气通信系统,实现了智能随钻系统的振动能量采集与井下实时通信。本文的主要研究内容介绍如下:1.基于压电纳米发电机(PENG)与摩擦纳米发电机(TENG)环境能量收集技术能够有效地收集振动能量,混合发电系统能够有效提升发电效率,本文采用压电与摩擦电混合的供电模式。2.从工作原理、结构设计与输出性能三个方面研究了自供能压电-摩擦混合发电系统。其中压电发电模块采用了锆钛酸铅压电陶瓷片(PZT),摩擦发电模块采用聚四氟乙烯(PTFE)与聚氯乙烯(PVC)这两种摩擦材料。本文搭建了整流电路,对压电、摩擦电、混合发电三种情况下整流前后的输出性能进行对比分析,得出结论:相对于单独发电模式,混合发电模块在输出性能上有一定的提升。3.对PENG、TENG与混合发电三种发电模式的充电能力研究基础上,将通信系统能量的供需进行了研究,混合发电系统给电容充电的能量连续支持通信系统正常工作需要。设计自供能通信系统采用有线通信和无线通信结合的井下中继通信方式。基于自供能技术可以实现智能油气系统的高速通信。

关键词：自供能压电摩擦发电混合发电井下通信

基于同步开关技术的压电能量收集接口电路自供能优化研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于同步开关技术的压电能量收集接口电路自供能优化研究

作者：柳洪生山东大学

学位级别：硕士

得益于集成电子和无线通信技术的飞速发展,无线传感器的发展也日趋成熟,向着高精度、微型化、低功率等方向迅速迭代,在环境参数监测、结构健康状态监测、地质地貌勘探、医学医疗等诸多领域具有良好的应用前景。但是,对于一些特殊用途的... 详细信息

得益于集成电子和无线通信技术的飞速发展,无线传感器的发展也日趋成熟,向着高精度、微型化、低功率等方向迅速迭代,在环境参数监测、结构健康状态监测、地质地貌勘探、医学医疗等诸多领域具有良好的应用前景。但是,对于一些特殊用途的无线传感器,其工作地点、工作环境及安装位置的特殊性对供能方式提出了严峻挑战,因而从环境中俘获能量转化为可以利用的电能实现无线传感节点（Wireless sensor nodes,WSNs）的自供电成为研究热点。压电式能量收集技术因具有良好的机电耦合特性、能量密度大、能量转换结构简单、易于实现微型化和集成化设计等,被认为是最有希望取代电池为无线传感网络供电的供能方式,具有良好的应用前景。能量收集接口电路作为压电能量收集系统的重要组成部分,对于将压电换能器输出的交流电转化为可以利用的直流电、提升整个系统的能量转化效率以及负载适应性等方面具有关键作用。本文首先综述了压电能量收集器及接口电路的研究现状,介绍了压电能量收集领域相关基础理论,探究了双晶压电片不同连接结构的特点及适用场合,建立了“等效电流源+内部电容+电阻”的压电等效模型,根据本文研究的边界条件推导了压电方程及四种基本电路的输出功率,探究其输出特性,结果证明,在相同条件下,并联同步开关电感（Parallel-Synchronized switch harvesting on inductor,P-SSHI）接口电路在四者中具有最大的输出功率。然后,探究了现有的自供能接口电路中的电压峰值检测（Peakdetection,PKD）开关电路中由三极管寄生电容导致的“二次翻转”现象对能量收集的影响,为了改善该弊端,本文采用了一种新型的PKD电子开关电路替代P-SSHI电路中的开关,提出一种优化的非线性自供能 P-SSHI 接口电路（Self-powered optimized P-SSHI,SP-OPSSHI）,旨在利用二极管的单向导电性消除“二次翻转”现象以减少能量损耗,提升能量转化效率,并分析该电路的工作过程以及功率输出。之后,根据压电悬臂梁的动力学以及介电学特性,利用有限元仿真软件对压电悬臂梁进行有限元仿真,得到压电悬臂梁的固有频率以及输出电压幅值随激励频率的变化规律。利用MATLAB中的Simulink电路仿真模块对四种基本电路及SP-OPSSHI接口电路进行仿真,得到接口电路在稳定状态下的波形,分析工作特点,探究输出功率与负载电阻之间的关系。最后,根据有限元分析仿真结果,制作压电悬臂梁,选择合适的激励方式搭建实验平台,制作相关电路的PCB板进行打样及测试。对电路中的关键电子元器件进行优化分析使得电路处于最优状态,并与相关电路在不同的激励条件下进行分析对比。实验结果证明,SP-OPSSHI接口电路可以有效地消除现有PKD开关电路中由三极管寄生电容导致的“二次翻转”现象。在开路电压幅值为20 V的条件下,相比于标准能量收集（Standard energy harvesting,SEH）接口电路,SP-OPSSHI接口电路的最大输出功率约为其2.91倍。此外,在不同的激励水平下,SP-OPSSHI接口电路都具有更加优异的输出功率表现,-3 dB带宽也明显宽于SEH电路。实验结果验证了该电路具有自供能、冷启动等优点,对于缩小压电能量收集器的体积、减小内部损耗、防止PKD电路对电压极值的误判以及提升能量转化效率、拓宽频带等具有积极的意义。

关键词：压电能量收集非线性电路同步开关电感技术自供能二次翻转

基于TENG的瞬时自供能谐振耦合无线信号传输及传感应用

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于TENG的瞬时自供能谐振耦合无线信号传输及传感应用

作者：徐良铨杭州电子科技大学

学位级别：硕士

自供能无线传感在太空探索、工业生产领域以及环境监测等领域有着十分广阔的应用场景。然而,目前大多数的自供能传感器都是通过收集能量,储存能量和能量管理等芯片模块的集成系统来实现的,收集的能量要在多个模块间进行转换,造成极大的... 详细信息

自供能无线传感在太空探索、工业生产领域以及环境监测等领域有着十分广阔的应用场景。然而,目前大多数的自供能传感器都是通过收集能量,储存能量和能量管理等芯片模块的集成系统来实现的,收集的能量要在多个模块间进行转换,造成极大的能量浪费,能量收集效率极低,长时间的能量收集仅能够提供给系统工作极短的一段时间,无法实现传感信息的实时采集,而传感信息的实时性则是环境监测中十分重要的参数。在本研究中,我们提出了一款基于摩擦纳米发电机(TENG)的无线无源传感系统,该系统能够适用于一般的传感应用场景,且不需要能量储存和能量管理电路等芯片,而是通过TENG和LC谐振电路的结合,直接将传感信号转换为RF信号,实现了完全自供能的远距离、实时、无线传感。本工作的主要研究内容如下:(1)通过理论研究,建立了基于TENG的完全自供能无线传感系统的理论,并进行了实验验证。利用电容式传感器作为LC谐振电路的一部分,与TENG集成构成一个自供能的谐振电路,将TENG的输出能量转换为衰减的谐振信号,并将传感信息耦合在该谐振信号的频率中。通过谐振耦合,将该信号通过接收系统(线圈等)实现实时无线传感。在直径为15cm的线圈下,实现了最大传输距离为1.5m的无线传感。(2)探究了该系统的影响因素以及对应的优化方案,分别探究了TENG器件尺寸对信号频率和幅值的影响,线圈类型对信号传输距离的影响,发射端谐振电路的品质因数Q因子对传输距离的影响以及优化方案。(3)以前述系统为基础,根据两种应用场景,设计了不同类型的自供能瞬时传感器,分别为无线湿度传感器和无线液位传感器。这两种传感器均可实现完全自供能的实时无线传感。无线湿度传感器能准确探测环境湿度的变化。无线液位传感器不仅能够识别液位的变化,还能识别液体的类型。

关键词：摩擦纳米发电机自供能谐振耦合无线传感湿度传感器液位传感器

自供能Bi_(2)O_(2)Se/TiO_(2)异质结紫外探测器的制备与光电探测性能

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

激光与光电子学进展 2022年第11期59卷 167-172页

作者：张翔宇陈雨田曾值张冰珂赵晨晨任帅容萍高世勇王东博矫淑杰王金忠哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

采用一步水热法合成了不同质量分数的Bi_(2)O_(2)Se/TiO_(2)异质结构,对其进行了X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征,并基于Bi_(2)O_(2)Se/TiO_(2)异质结制备了紫外探测器。实验结果表明:在365 nm紫外光的照射下,Bi_(2)O_(2... 详细信息

采用一步水热法合成了不同质量分数的Bi_(2)O_(2)Se/TiO_(2)异质结构,对其进行了X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征,并基于Bi_(2)O_(2)Se/TiO_(2)异质结制备了紫外探测器。实验结果表明:在365 nm紫外光的照射下,Bi_(2)O_(2)Se的质量分数为60%时,Bi_(2)O_(2)Se/TiO_(2)异质结探测器的光电探测性能最好,光电流高于Bi_(2)O_(2)Se探测器,是TiO_(2)探测器的7倍;响应时间约为30 ms,是TiO_(2)探测器的1/6。Bi_(2)O_(2)Se/TiO_(2)异质结探测器的响应度和探测率分别为10^(-3) A/W、1.08×10^(7) cm·Hz^(1/2)/W,均比TiO_(2)探测器高一个数量级,原因是Bi_(2)O_(2)Se与TiO_(2)复合形成的异质结促进了光生电子和空穴的分离。

关键词：探测器 Bi_(2)O_(2)Se/TiO_(2)异质结水热法自供能紫外探测器光电探测性能

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

压电自供能智能车轮的结构设计与实验研究

仪器仪表学报 2019年第6期40卷 122-130页

作者：李一博郑晓雷芮小博刘悦陈曦天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 中汽研汽车检验中心(天津)有限公司天津300300

为了解决智能车轮中的无线传感器的自供能问题,提出一种压电自供能智能车轮,增强了现有车轮能量收集技术的实用性和安全性。压电悬臂梁固定于轮辐中,利用旋转中自由端质量块的重力作用产生周期性激励,为了避免直接对辐条产生碰撞,设计... 详细信息

为了解决智能车轮中的无线传感器的自供能问题,提出一种压电自供能智能车轮,增强了现有车轮能量收集技术的实用性和安全性。压电悬臂梁固定于轮辐中,利用旋转中自由端质量块的重力作用产生周期性激励,为了避免直接对辐条产生碰撞,设计了安全限幅结构。通过建立系统的机电动力学模型,针对R16尺寸的轮辋进行了装置的参数设计,搭建实验平台进行负载优化并研究了限幅间距对收集性能的影响。为了全面评估压电自供能智能车轮的性能,在实车上进行了样机实验。结果表明,本收集装置在50~70 km/h可获得64. 3~866. 0μW的能量,为建立无需维护的自供能智能车轮系统提供了可能。

关键词：智能车轮轮辐压电自供能