《自調諧多方向壓電振動能量收集方法及性能最佳化研究》是依託南京航空航天大學，由陳仁文擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：自調諧多方向壓電振動能量收集方法及性能最佳化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳仁文
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
從環境振動中收集能量可為許多小型的自治型設備如無線感測網路中的節點、MEMS電子設備等實現能量自給，免除用電池供電帶來的一系列問題。但目前的振動能量收集方法只能採集單方向的振動能量、能量收集效率受外界振動頻率影響較大，限制了它的實際套用。針對這些問題，本項目提出一種特殊的立方體－球能量收集結構，它具有自調諧功能，並且可將不同方向的振動能量耦合到壓電複合材料能量轉換元件中，以實現全方向的振動能量收集。擬探索一種Rainbow型雙層預彎曲PVDF複合換能結構，使其具有自動調節系統諧振頻率，以匹配環境振動頻率的功能，保證較高的能量採集效率；提出一種多源異相充電控制策略，對充電進行協調控制，從而提高充電效率；通過對能量採集系統結構、動力學和電學等參數的分析和最佳化，提高總體的能量採集和轉換效率。最終獲得對環境振動具有廣泛適應性的多方向振動能量收集方法和設計準則。
結題摘要
從環境振動中收集能量可為許多微小型電子設備如無線感測網節點等實現能量自給，免除用電池供電帶來的一系列問題。但目前的振動能量收集方法只能採集單方向的振動能量、能量收集效率受外界振動頻率影響較大，限制了它的實際套用。針對這些問題，本項目提出兩種特殊能量收集結構，並具自調諧功能，可實現不同方向振動能量收集以及環境頻率自適應。 已完成全部計畫任務。除此之外：(1)提出一種新的蒲公英狀能量採集結構，並進行了相應分析和試驗，(2)提出褶皺形能量轉換元件結構。主要研究工作如下 (1)提出了兩種新穎的多方向壓電振動能量收集裝置，分別為立方體-球結構和蒲公英結構。具有全方向振動能量採集的能力，使在不同環境下的振動能量能夠得到有效採集，同時使用者不必考慮具體的套用環境和安裝方式。 （2）提出了一種全新的Rainbow型壓電換能結構，該換能結構在受迫振動中可以收集較多的能量，完全可以用於環境振動能量的收集。在此基礎上提出了褶皺型壓電能量轉換結構。 （3）研究了單電荷源能量採集電路，提出一種改進的無源同步電荷提取電路，輸出比經典電路提高了2.98倍，且無最優負載問題。提出一種SSHI-CDR電路，輸出功率比經典電路大幅提高，電路本身實現能量自給。 （4）針對多源異相交變電荷源，分別提出基於二極體單嚮導電、基於同步開關電路和基於SSHI-MR電路的多源異相充電電路。所研究電路能有效採集多個不同相位、不同幅值的電荷源輸出的電能，實現了多電荷源下的充電控制。 （5）針對壓電發電結構工作在共振狀態輸出功率最高的特點，提出了一種自適應頻率調諧策略，以調節能量採集結構的共振頻率。通過改變調頻係數，結構固有頻率相對變化率可以達到5.1%。 （6）根據多方向振動能量收集的需要，設計並製作了多方向振動模擬實驗平台。該振動模擬平台可以實現多個不同方向環境振動的模擬。 （7）為了分析各種振動環境特點，設計一種攜帶型振動信號測試分析系統，使振動的測試和分析變得非常方便。 （8）設計一種基於振動能量採集的低功耗無線感測節點，能初步實現數據採集與傳輸。
