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Double Peak Derived from Piezoelectric Coefficient Nonlinearity and Proposal for Self-Powered Systems 被引量:3
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作者 Zhang Bin Li Dezhi +2 位作者 Li Yingrui Ducharne Benjamin Gao Jun 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2018年第1期109-115,共7页
With the development of wireless sensor network(WSN)applications in intelligent monitoring,additional support for the low power consumption wireless nodes can be provided by piezoceramics that harvest vibrational ener... With the development of wireless sensor network(WSN)applications in intelligent monitoring,additional support for the low power consumption wireless nodes can be provided by piezoceramics that harvest vibrational energy.First,we describe the effects of stimulation variations on piezoceramics and the energy harvesting circuit set-up.Two types of piezoceramics were stimulated at different frequencies and amplitudes to obtain the power output characteristics.Then,the energy harvesting circuit was studied and coupled with the piezoceramics.A double peak phenomenon was found in energy harvesting using a hard piezoceramic which gave a direct proof that the nonlinearity of the piezo constant should be considered in application.Finally,energy storage and output were studied and analyzed.Electronic components for the WSN were recommended according to the output power and the application.The results will give an instruction for piezoceramic energy harvesting under various stress amplitudes on its implementation. 展开更多
关键词 piezoelectric energy harvesting SELF-POWERED system energy harvesting circuit output optimization
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基于压电的传感器自供电系统设计方法 被引量:4
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作者 吴志东 房俊龙 +3 位作者 孙培栋 冯宇琛 汪光亚 潘迪 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期1347-1355,共9页
针对规模化养殖场通风状态监测的需求,设计风致振动压电俘能系统解决监测传感器自供电问题.自供电系统由压电俘能结构和能量管理电路组成,可将风能转换为电能.分析和测试结果表明压电式俘能结构可输出电压10.88 V,功率6.975 mW;LTspice... 针对规模化养殖场通风状态监测的需求,设计风致振动压电俘能系统解决监测传感器自供电问题.自供电系统由压电俘能结构和能量管理电路组成,可将风能转换为电能.分析和测试结果表明压电式俘能结构可输出电压10.88 V,功率6.975 mW;LTspice软件仿真结果表明能量管理电路可实现电压转换,并稳定输出电压3.3 V.根据机械系统与电路系统的相似关系,对自供电系统整体建模,Matlab/Simulink软件仿真结果显示:压电俘能结构输出电压10.87 V、功率6.989 mW,自供电系统终端可输出3.3 V电压,结果与俘能结构和能量管理电路仿真、测试结果基本一致,说明系统整体建模正确,方案合理.通过现场测试,通风口处风速为2.6 m/s时,自供电系统能够输出电压3.3 V,为监测传感器稳定供电,该研究可在通风监测传感器自供电系统中广泛应用. 展开更多
关键词 风致振动 压电能量俘获结构 传感器自供电系统 仿真 现场测试
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基于阵列型压电能量收集器的中高频自供电系统
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作者 赵晨曦 吴鹏凡 +4 位作者 邱宇 刘洪涛 刘宇 宋益辉 牟笑静 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第5期644-650,共7页
随着物联网(IoT)的发展,无线自供电传感是实现感知机体状态和飞行环境的重要技术手段。机体振动具有分布范围广,激励频率高和频域宽等特点,单一压电能量收集器难以有效俘获能量。针对上述问题,研制了一套基于阵列型压电能量收集器的自... 随着物联网(IoT)的发展,无线自供电传感是实现感知机体状态和飞行环境的重要技术手段。机体振动具有分布范围广,激励频率高和频域宽等特点,单一压电能量收集器难以有效俘获能量。针对上述问题,研制了一套基于阵列型压电能量收集器的自供电传感系统。该系统由阵列型压电能量收集器、电源管理电路、传感节点、低功耗蓝牙及微控制器组成。压电能量收集器采用压电厚膜方案,在谐振频率693 Hz,2 g下最高平均输出功率密度为4 mW·cm^(-3)·g^(-2)。电源管理电路采用改进的整流器设计和欠压锁定电路(UVLO)实现高效能量传输与能量释放,充电速度是普通整流器的1.3倍,最大输出功率达到1.32 mW,结合微处理器进行时序控制可达到动态平衡,实现了固定间隔时间持续的数据读取和发送。 展开更多
关键词 压电能量收集 民用飞机振动 电源管理 自供电传感系统
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基于架空输电导线振动的压电俘能系统研究
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作者 黄星尧 应展烽 +2 位作者 祖玮 翁潇恬 李德明 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第4期37-40,共4页
针对架空输电导线振动能量收集与输电线路传感器节点的供能问题,利用压电悬臂梁结构,设计了一种压电俘能系统。基于架空导线微风振动理论,搭建模拟架空导线振动的实验平台。通过实验研究,分析压电俘能装置结构对系统固有频率的影响,以... 针对架空输电导线振动能量收集与输电线路传感器节点的供能问题,利用压电悬臂梁结构,设计了一种压电俘能系统。基于架空导线微风振动理论,搭建模拟架空导线振动的实验平台。通过实验研究,分析压电俘能装置结构对系统固有频率的影响,以及不同激励频率、不同激励加速度与不同负载条件下压电俘能系统的输出电能特性。实验结果表明:压电俘能系统处在共振频率下,激励加速度达到10 m/s~2时,存在最优负载使输出电压有效值达到16.27 V,输出功率达到5.29 mW,为解决输电线路传感器节点的供能问题提供一种新思路。 展开更多
关键词 架空输电导线 微风振动 压电俘能系统 传感器节点
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基于喷嘴-共振腔系统的压电能量收集 被引量:2
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作者 邹华杰 王泽平 宋建 《科技视界》 2018年第7期31-33,共3页
针对气流激振压电能量收集的机械激励问题,提出了一种基于喷嘴-共振腔系统的激振方法。应用CFD方法对压力流场进行分析;同时,结合压电效应,对输出电压进行仿真预测。结果表明,在入口压力为8KPa时,能产生峰-峰值33.6KPa以及频率1515Hz的... 针对气流激振压电能量收集的机械激励问题,提出了一种基于喷嘴-共振腔系统的激振方法。应用CFD方法对压力流场进行分析;同时,结合压电效应,对输出电压进行仿真预测。结果表明,在入口压力为8KPa时,能产生峰-峰值33.6KPa以及频率1515Hz的振荡压力;压电片的振动位移峰-峰值为0.045mm,且其输出电压峰-峰值在40V左右。该方法能将环境气流转化为作用于压电材料上的周期性脉动压力载荷进而实现电能输出,从而验证了该压电能量收集方法的可行性。对于丰富压电能量收集在微功耗电子系统自供电的应用,具有重要价值和工程指导意义。 展开更多
关键词 自供电 压电能量收集 气流激振 喷嘴-共振腔系统
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A variable step-down conversion ratio switched capacitor DC-DC converter for energy harvesting systems working in intermittent mode
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作者 郝文瀚 贾晨 +2 位作者 陈虹 张春 王志华 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期103-107,共5页
Energy harvesting systems stimulate the development of power management for low power consumption applications. Improving the converter efficiency of power management circuits has become a significant issue in energy ... Energy harvesting systems stimulate the development of power management for low power consumption applications. Improving the converter efficiency of power management circuits has become a significant issue in energy harvesting system design. This paper presents a variable step-down conversion ratio switched capacitor (SC) DC-DC converter to advance the converter efficiency of charge on the stored capacitor in a wireless monitoring system of orthopedic implants. The converter is designed to work at 1 MHz switching frequency and achieves 15 to 2 V conversion. Measurement results show that the converter efficiency can reach 42% including all circuit power consumption, which is much higher than previous work. 展开更多
关键词 energy harvesting system switched-capacitor DC-DC converter piezoelectric elements
原文传递
压电能量采集系统的充电电路设计与仿真分析 被引量:2
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作者 王君莉 《自动化与仪表》 2020年第5期81-85,98,共6页
在压电能量采集系统充电原理的基础上,设计了系统的充电电路,并对其瞬态、稳态充电电路进行了设计与分析。采用典型的两层结构,选用PZT-5H单晶片作为压电片,选用黄铜片作为基板搭建压电能量采集系统模型。仿真结果表明,当等效电阻为135 ... 在压电能量采集系统充电原理的基础上,设计了系统的充电电路,并对其瞬态、稳态充电电路进行了设计与分析。采用典型的两层结构,选用PZT-5H单晶片作为压电片,选用黄铜片作为基板搭建压电能量采集系统模型。仿真结果表明,当等效电阻为135 kΩ时,稳态输出功率达到最大为0.11 mV;当等效电阻为238 kΩ时,瞬态和稳态充电的临界充电电压为5 V;验证了所设计电路的合理性,为设计电路的推广应用提供了科学参考。 展开更多
关键词 压电振动能量收集系统 充电电路 瞬态充电 稳态充电
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自供能低频振动控制传感器的设计与制造
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作者 胡瑞明 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第11期90-93,98,共5页
针对弧形结构能量采集器进行了研究和构建,该采集器实现了压电、摩擦纳米发电机之间的整合,可用于实现振动机械能到电能之间的转换,从而实现对小型传感系统的供电,弥补了传统供能方式的弊端。在研究过程中,测试了该采集器的输出性能,划... 针对弧形结构能量采集器进行了研究和构建,该采集器实现了压电、摩擦纳米发电机之间的整合,可用于实现振动机械能到电能之间的转换,从而实现对小型传感系统的供电,弥补了传统供能方式的弊端。在研究过程中,测试了该采集器的输出性能,划分为压电单元、摩擦单元两部分,二者整流之后的输出短路电流依次是0.9μA和1.25μA,开路电压依次是10 V和60 V。该采集器除了可以实现对电容充电的功能之外,同样可以驱动50个并联的LED。相对于传统的能量采集器,其可以对不同方向的机械能进行采集,因此适用性更强,适合于应用到小型器件供能中。 展开更多
关键词 纳米发电机 弧形结构 压电式 能量采集器 传感系统
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基于激光加工的阶梯梁式微压电振动能量采集器 被引量:2
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作者 林琳 王保志 +1 位作者 赖丽燕 李以贵 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2022年第11期1169-1176,共8页
利用波长1064 nm光纤激光加工设备,制备了不同有效长度压电悬臂梁锆钛酸铅(PZT)压电振动能量采集器。研究了该PZT-Cu压电悬臂梁能量采集器的应力分布以及频率-电压关系,探讨了不同PZT布置长度对能量采集器的谐振频率、输出电压、最优负... 利用波长1064 nm光纤激光加工设备,制备了不同有效长度压电悬臂梁锆钛酸铅(PZT)压电振动能量采集器。研究了该PZT-Cu压电悬臂梁能量采集器的应力分布以及频率-电压关系,探讨了不同PZT布置长度对能量采集器的谐振频率、输出电压、最优负载以及归一化能量密度的影响。仿真分析结果显示,压电材料的宽度、压电层厚度以及悬臂梁总长均会对能量转换效率产生影响。因此进一步改进压电悬臂梁微压电能量采集器的结构设计,从而提高能量转化效率,并进行了实验验证。实验结果表明,PZT沿径向布置长度约为7 mm(即PZT布置长度/悬臂梁总长=7/32)时,该压电能量采集器能量转化效率最优,与仿真结论基本吻合。研究结果为压电能量采集器的结构优化提供了一种可靠的方案。 展开更多
关键词 压电能量采集器 微电子机械系统(MEMS) 激光加工工艺 锆钛酸铅(PZT) 悬臂梁
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基于拱形结构的摩擦-压电复合式能量采集器
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作者 石树正 熊枫 季喜军 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2022年第2期145-150,194,共7页
随着纳米技术和加工工艺的发展,纳米发电机被提出用于将自然界中微弱低频振动机械能转化为电能,进而为小型传感系统长续航工作提供可能。基于摩擦纳米发电机和压电纳米发电机的电荷积累与转移规律,设计了拱形结构并构建了摩擦-压电复合... 随着纳米技术和加工工艺的发展,纳米发电机被提出用于将自然界中微弱低频振动机械能转化为电能,进而为小型传感系统长续航工作提供可能。基于摩擦纳米发电机和压电纳米发电机的电荷积累与转移规律,设计了拱形结构并构建了摩擦-压电复合式能量采集器,将两种力-电转换模式有效整合,并突破了以往能量采集器只能收集垂直方向机械能的限制。搭建了测试系统,研究了能量采集器的输出性能。摩擦单元经过整流后的输出开路电压和输出短路电流分别可达60 V和1.25μA,压电单元经过整流后的输出开路电压和输出短路电流分别为约10 V和约0.9μA。此外,制备的能量采集器不仅可为电容进行充电,还可点亮50只发光二极管(LED),在驱动小型电气设备领域展现出应用潜力。 展开更多
关键词 摩擦纳米发电机 压电纳米发电机 能量采集器 传感系统 自供电系统
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脱涡致振式压电风力发电机性能分析与试验
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作者 阚君武 吕鹏 +3 位作者 王进 张忠华 范春涛 王淑云 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期411-417,共7页
为满足农业遥感监测系统的供电需求,减少化学电池对水和土壤的污染,提出一种脱涡致振式压电风力发电机,并从理论和试验两方面进行了研究。建立了脱涡致振式压电风力发电机的理论模型,通过仿真分析研究迎风角、压电振子长度及风速对压电... 为满足农业遥感监测系统的供电需求,减少化学电池对水和土壤的污染,提出一种脱涡致振式压电风力发电机,并从理论和试验两方面进行了研究。建立了脱涡致振式压电风力发电机的理论模型,通过仿真分析研究迎风角、压电振子长度及风速对压电振子变形量的影响,并对发电机样机进行了测试试验。结果表明,不同风速下均存在两个最佳迎风角,使发电机输出电压较大,压电振子长度为60、78 mm,风速为7.6、11.6、12,.4 m/s时的两个最佳迎风角分别为(35°,135°)、(45°,12,5°)、(50°,12,0°)和(35°,12,0°)、(40°,115°)、(45°,110°)。当迎风角为12,0°时,存在最佳风速,使发电机输出电压达到最大;随着压电振子长度的增加,最佳风速由12,.4 m/s降低到8.4 m/s,其对应的最大输出电压由16.6 V增加为16.8 V。当外接电阻为150 kΩ、迎风角为30°时,试验测得最大输出功率为1 mW。研究表明,根据实际风速确定合理的迎风角及压电振子长度可提高发电机的发电能力。 展开更多
关键词 脱涡致振 压电 风力发电机 农业状态监测系统 迎风角
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