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基于碰撞的多方向压电电磁能量采集器研究 被引量:1
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作者 周诗豪 宋芳 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期783-788,共6页
针对传统单悬臂梁能量采集器工作频带窄,采集效率低,采集方向单一的问题,提出了一种基于碰撞的多方向压电电磁能量采集器。分析了引入碰撞的过程和多种工作模式的理论功率输出,建立了能量采集器的理论模型,制作了实验样机,研究了z方向... 针对传统单悬臂梁能量采集器工作频带窄,采集效率低,采集方向单一的问题,提出了一种基于碰撞的多方向压电电磁能量采集器。分析了引入碰撞的过程和多种工作模式的理论功率输出,建立了能量采集器的理论模型,制作了实验样机,研究了z方向不同碰撞间距对压电工作模式电压输出的影响,计算了最佳间距下不同工作模式的功率输出结果。结果表明,在碰撞间距为3 mm时,z方向压电工作模式可在更多频段产生机械耦合效应,输出电压最高达19.94 V,带宽为20.5 Hz,在混合采集工作模式下在x方向和z方向输出最高功率分别为0.11 W、0.46 W,带宽分别为18.5 Hz、20.5 Hz。 展开更多
关键词 振动能量收集 压电电磁能量采集 机械耦合 碰撞 多方向
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基于磁场调制的电磁式振动能量采集器调频方法
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作者 张庆宏 王志飞 +3 位作者 周晨媛 周丹 蔡玲珑 李运甲 《高电压技术》 北大核心 2025年第5期2415-2424,共10页
面向电力应用场景,为克服复杂电磁环境对电磁式振动能量采集器的干扰,并实现器件谐振频率与环境振动频率相匹配,提出基于软磁材料进行磁场调制的调频方法。通过研究电磁式振动能量采集器的动力学模型与磁场耦合分布模型,明确了磁力非线... 面向电力应用场景,为克服复杂电磁环境对电磁式振动能量采集器的干扰,并实现器件谐振频率与环境振动频率相匹配,提出基于软磁材料进行磁场调制的调频方法。通过研究电磁式振动能量采集器的动力学模型与磁场耦合分布模型,明确了磁力非线性和几何非线性对器件谐振频率的作用机制。探究了永磁材料和软磁材料对能量采集器内部磁场分布的影响,完成调频单元及器件整体结构设计,制备了样机并开展性能验证试验。研究结果表明:基于软磁材料的调频方法可实现96~139Hz范围调频,相对调频范围44.8%。与基于永磁体进行调频的传统方法相比,该方法不仅可实现电磁式振动能量采集器较宽范围、较高精度调频,还可进一步屏蔽外界磁场干扰并约束内部磁场泄漏,有利于提升电磁式振动能量采集器在强磁场环境中的工作可靠性。 展开更多
关键词 电磁式振动能量采集 磁场调制 频率调节 软磁材料 磁场屏蔽
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横向电磁式振动能量采集器的设计与制作 被引量:10
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作者 李伟 车录锋 王跃林 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期694-700,共7页
基于微机电系统(MEMS)设计了一种结构新颖的横向电磁式振动能量采集器,用于把周围环境中振动的机械能转化为电能。该能量采集器主要由两块长方形永磁体、螺旋铜线圈、质量块-弹性梁振动系统及衬底等构成。选用有限元分析软件对器件结构... 基于微机电系统(MEMS)设计了一种结构新颖的横向电磁式振动能量采集器,用于把周围环境中振动的机械能转化为电能。该能量采集器主要由两块长方形永磁体、螺旋铜线圈、质量块-弹性梁振动系统及衬底等构成。选用有限元分析软件对器件结构参数进行了仿真分析与优化,并利用电镀技术制作螺旋铜线圈,KOH湿法腐蚀和深反应离子刻蚀(DRIE)技术制作质量块-弹性梁振动系统,然后与永磁体一起组成了体积大约为100mm3的能量采集器样机。对制作好的电磁式振动能量采集器样机的振动特性测试表明:质量块-弹性梁振动系统的一阶固有频率为241Hz;在频率为241Hz、加速度为2.8ms-2的外界振动激励下,负载两端产生的交流电压峰峰值为9.2mV。另外调节质量块和弹性梁的参数,还可以得到不同固有频率的能量采集器。该能量采集器实现了从机械能到电能的转化,对无线传感器件的发展和应用很有意义。 展开更多
关键词 电磁能量采集 振动能量采集 横向振动 微机电系统(MEMS)
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微型电磁式振动能量采集器的设计和电磁特性仿真研究 被引量:6
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作者 王佩红 戴旭涵 +1 位作者 方东明 赵小林 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期518-521,526,共5页
为了设计出结构合理、性能优良的微型电磁式振动能量采集器,利用Ansoft Maxwell软件对模型的结构参数和输出电动势之间的关系进行有限元仿真,分析发现:随着圆形永磁体厚度、悬臂梁振幅的增加及悬臂梁和永磁体间距的减小,输出电动势逐渐... 为了设计出结构合理、性能优良的微型电磁式振动能量采集器,利用Ansoft Maxwell软件对模型的结构参数和输出电动势之间的关系进行有限元仿真,分析发现:随着圆形永磁体厚度、悬臂梁振幅的增加及悬臂梁和永磁体间距的减小,输出电动势逐渐增加;在永磁体半径不断增加的过程中,输出电动势会出现一极大值。根据优化原则设计出结构参数如下的模型:圆形SmCo28永磁体厚度为1 mm,半径为2 mm,悬臂梁振幅为1 mm,永磁体和悬臂梁之间的距离为1.02 mm。该模型的最大输出电动势为26 mV,最大输出功率为5.633μW。 展开更多
关键词 半导体技术 电磁式振动能量采集 结构优化 计算机仿真 输出特性
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基于印制绕组阵列的电磁式能量采集装置设计
5
作者 周胥 何志祝 +3 位作者 李振明 路永玲 金晓萍 李臻 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2023年第4期84-87,279,共5页
采用电路板印制工艺设计了一种基于印制绕组阵列的电磁式能量采集装置,可收集不同转速工况下的旋转机械能,为无线传感节点供电,并且通过蓝牙无线通信方式对传感器信息进行接收与处理。通过将取能线圈的铜导体印制在电路绝缘板上的方式,... 采用电路板印制工艺设计了一种基于印制绕组阵列的电磁式能量采集装置,可收集不同转速工况下的旋转机械能,为无线传感节点供电,并且通过蓝牙无线通信方式对传感器信息进行接收与处理。通过将取能线圈的铜导体印制在电路绝缘板上的方式,有效降低了装置的整体质量,实现系统集成化。实验测试结果表明,装置可以实现稳定的三相交流电输出。在400 r/min和1 000 r/min的转速下分别可达到2.24和17.02 mW的峰值功率,经整流、稳压后能够稳定为负载传感器供电。 展开更多
关键词 电磁能量采集 印制绕组电机 无线传感 三相交流电
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小型低频电磁式振动能量采集器的制作及其特性研究 被引量:3
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作者 郭庆 张金娅 +1 位作者 王岩 曹自平 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2017年第1期26-28,共3页
典型的环境振动能量采集器件采用片状的悬臂梁弹簧结构,当这种类型器件的尺度为mm量级时其共振频率较高,这在实际应用中难以与环境中低频振动源进行机械耦合。为此,提出一种回形弹簧结构,并结合电磁感应发电原理,设计和制作了一种低频... 典型的环境振动能量采集器件采用片状的悬臂梁弹簧结构,当这种类型器件的尺度为mm量级时其共振频率较高,这在实际应用中难以与环境中低频振动源进行机械耦合。为此,提出一种回形弹簧结构,并结合电磁感应发电原理,设计和制作了一种低频电磁式振动能量采集器件。在该器件中,使用厚度为100μm的304不锈钢片制作回形弹簧,使得器件的共振频率低至17.8 Hz。整个器件由回形弹簧、Nd Fe B永磁体、自绕线圈和支座组成,外形尺寸为28 mm×28 mm×16 mm。实验测试表明,当激励振动的振幅为500μm时,器件的开路峰值电压为1.82 V,输出功率为1.1 m W。 展开更多
关键词 低频振动 电磁能量采集 回形弹簧片
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非线性电磁振动能量采集的辨识研究 被引量:4
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作者 吴鹏飞 袁天辰 杨俭 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期116-126,共11页
提出一种单自由度电磁振动能量采集器的系统辨识方法——电压映射方法,该方法基于恢复力曲面法的辨识思想,在系统恢复力函数、电磁机电耦合函数和等效电感函数的具体形式未知的情况下,能准确辨识出具有强非线性的恢复力函数、电磁机电... 提出一种单自由度电磁振动能量采集器的系统辨识方法——电压映射方法,该方法基于恢复力曲面法的辨识思想,在系统恢复力函数、电磁机电耦合函数和等效电感函数的具体形式未知的情况下,能准确辨识出具有强非线性的恢复力函数、电磁机电耦合函数和等效电感函数。利用两个典型的非线性模型算例进行验证:一是含有非线性弹性恢复力的电磁振动能量采集器系统(电学方程部分为线性);二是既含有非线性弹性恢复力,又含有非线性电学方程的复杂电磁振动能量采集系统。利用龙格库塔法计算得到以上两个算例在简谐振动激励下的时间历程响应,运用上述提出的辨识方法成功辨识得到系统含有的非线性弹性恢复力、阻尼恢复力、电磁力和电感电压,进而得到对应的非线性刚度函数、阻尼函数、电磁机电耦合函数和等效电感函数,结果显示辨识结果与准确结果有良好的一致性,验证了本文所提出方法的有效性和准确性。 展开更多
关键词 电磁振动能量采集 系统辨识 电压映射法 非线性
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多向振动俘能器设计及能量收集实验研究 被引量:2
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作者 李龙飞 罗大兵 李晋彤 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第2期227-233,共7页
针对线性、单一的振动能量俘能器存在工作频带狭窄、只能采集单向振动等问题,该文提出了一种适应货运列车等多向振动应用场景的新型多向振动俘能装置,以增强对环境中振动能量的俘获。该装置结合压电和电磁俘能器,通过螺旋圆柱弹簧和顶... 针对线性、单一的振动能量俘能器存在工作频带狭窄、只能采集单向振动等问题,该文提出了一种适应货运列车等多向振动应用场景的新型多向振动俘能装置,以增强对环境中振动能量的俘获。该装置结合压电和电磁俘能器,通过螺旋圆柱弹簧和顶端质量有效捕获多向振动,并通过磁力传递振动能量至压电梁。合理设计了弹簧-质量结构,使其在较低的频率范围内可实现多种振动模态,拓宽了俘能器的谐振频带。为了充分利用压电材料,采用了变宽度压电悬臂梁,使应力均匀分布。压电梁自由端的永磁体随着压电梁的振动而产生变化的磁场,在线圈中产生感应电压。通过有限元分析和实验测试,验证了复合式俘能器可以采集多向振动能量,并测试了在z向振动激励下压电、电磁及复合式俘能器的最大输出功率。在频率9.5 Hz、z向振幅2 mm的正弦波激励下,复合式俘能器输出最大功率为3.276 mW。该系统在理论上可为低功耗传感器提供持续电力,为机械能收集与能量转换领域提供技术支持。 展开更多
关键词 机械振动 压电-电磁能量采集 磁力耦合 多模态振动 变宽度悬臂梁
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时滞作用下电磁-压电弹性梁的俘能特性分析
9
作者 张湧崟 彭剑 +2 位作者 易昱东 孙洪鑫 禹见达 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2024年第5期39-43,共5页
在土木工程结构的健康监测、振动控制中,以压电材料为主要部件的传感系统或主动控制系统得到广泛应用,而在实际工程中,压电耦合系统的供能问题亟待解决。所研究电磁-压电弹性梁的俘能系统是由弹性支座梁与压电作动器、传感器和电磁能量... 在土木工程结构的健康监测、振动控制中,以压电材料为主要部件的传感系统或主动控制系统得到广泛应用,而在实际工程中,压电耦合系统的供能问题亟待解决。所研究电磁-压电弹性梁的俘能系统是由弹性支座梁与压电作动器、传感器和电磁能量采集器共同构成的闭环反馈控制系统,其中电磁能量采集器(ElectromagneticEnergyHar-vester,EMEH)的能量俘获单元的原理是移动磁铁在固定磁铁之间进行往复振荡,在基础激励下移动磁铁的振荡产生电势能,从而在能量俘获线圈口产生电流。根据Hamilton原理建立电磁-压电弹性梁的非线性振动控制方程,通过Galerkin方法得到时滞微分方程组,利用数值仿真分析,研究不同控制参数、系统参数对能量采集效果的影响。研究结果表明:增大移动磁铁质量能有效提高能量采集效率,且对电磁-压电弹性梁主结构的位移响应影响较弱;另一方面,通过调节控制增益和时滞参数,在达到较优控制效果情况下,可使电磁能量采集器具有一定的俘获效能。 展开更多
关键词 振动与波 弹性支承梁 电磁能量采集 时滞反馈 振动控制
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基于振动能量采集的无源温度传感技术研究 被引量:3
10
作者 吴吉 王增彬 +9 位作者 王流火 吕鸿 陈义龙 马志钦 余欣 汪进锋 杨贤 孙帅 唐瑛 庞小峰 《广东电力》 2018年第12期120-126,共7页
针对工业设备测温供电问题,需研究一种可利用工业设备中振动产生的电能进行无源测温的技术。为此,设计了一种基于电磁感应原理的T型梁能量采集器,引入刚、柔性两种热电阻负载回路,对T型梁能量采集器的性能进行分析,探讨刚、柔性2种热电... 针对工业设备测温供电问题,需研究一种可利用工业设备中振动产生的电能进行无源测温的技术。为此,设计了一种基于电磁感应原理的T型梁能量采集器,引入刚、柔性两种热电阻负载回路,对T型梁能量采集器的性能进行分析,探讨刚、柔性2种热电阻负载回路电阻值与温度之间的对应关系;通过LabVIEW仿真软件,搭建测试电路对能量采集器进行扫频实验,找出能量采集器的谐振频率;在谐振频率下分别为能量采集器匹配刚、柔2种热电阻进行测温表征,得出与该能量采集器匹配的最佳负载热电阻,最终在25~255℃之间实现了热电阻温度的表征和测量。无源测温系统可广泛应用于电力设备的温度监测中,例如GIS、开关柜、变压器绕组等,应用前景广泛。 展开更多
关键词 温度测量 电磁式振动能量采集 金属电阻 无源测温 能量采集
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