能量收集技术.pdf

能量收集技术.pdf
 

书籍描述

编辑推荐
《能量收集技术》:微纳系统系列译丛

作者简介
作者:(印度)沙山克·普里亚(S.Priya) (美国)丹尼尔·茵曼(D.J.Inman) 译者:黄见秋 黄庆安

目录
1 压电能量收集技术
1.1 能量收集技术基础
1.2 案例研究:压电片粘合于长悬臂梁,悬臂梁末端带有质量块
1.3 压电材料
1.3.1 压电多晶陶瓷
1.3.2 压电单晶材料
1.3.3 压电和电致伸缩聚合物
1.3.4 压电薄膜
1.4 压电换能器
1.5 介观一宏观尺度的能量收集器
1.5.1 激光微加工制备的机械能量收集器
1.5.2 使用压电纤维的机械能量收集器
1.6 微型压电发电器
1.6.1 压电微悬臂梁
1.7 能量收集电路
1.8 提高能量收集器性能的方法
1.8.1 多模式能量收集
1.8.2 磁电复合物
1.8.3 自调谐
1.8.4 频率泵浦
1.8.5 宽带换能器
1.9 应用举例
1.9.1 边境安全检测传感器
1.9.2 生物医学应用
1.10 总结
参考文献

2 悬臂梁式压电能量收集器的机电模型
2.1 引言
2.2 集总参数模型的幅值修正
2.2.1 非耦合集总参数基座激励模型
2.2.2 非耦合分布参数基座激励模型
2.2.3 集总参数模型的修正因子
2.2.4 压电耦合集总参数方程中的修正因子
2.3 耦合分布参数模型与封闭解
2.3.1 模型假设
2.3.2 数学基础
2.3.3 压电单晶片结构
2.3.4 压电双晶片结构
2.3.5 单模机电方程
2.3.6 实验验证
参考文献

3 振动式压电能量收集器的性能计算
3.1 引言
3.1.1 宏观压电发电器
3.1.2 微型压电发电器
3.1.3 转换效率和电致阻尼
3.1.4 能量存储电路
3.2 方法
3.2.1 标准AC-DC收集电路
3.2.2 SSHI收集电路
3.3 结果
3.3.1 标准接口电路
3.3.2 SSHI接口电路
3.4 总结
参考文献

4 压电等效电路模型
4.1 基于模型的设计过程
4.1.1 压电发电器的基本结构
4.2 压电材料的线性本构方程
4.3 固定边界条件下系统的压电等效电路模型
4.3.1 准静态特性
4.3.2 动态特性的单自由度模型
4.3.3 动态特性的多自由度模型
4.3.4 实验参数确定
4.3.5 案例研究
4.4 解析法确定等效电路模型参数
4.4.1 解析法建立压电双晶片模型的一般步骤
4.4.2 利用解析模型确定压电等效电路的模型参数
4.5 基座激励压电系统的等效电路模型
4.6 利用压电等效电路模型对整个PEG系统进行分析
4.6.1 带有负载电阻的压电等效电路模型
4.6.2 最大输出功率分析
4.6.3 基座激励下压电等效电路模型的实验验证
4.6.4 几何效应
4.6.5 PEG与激励源耦合模型,多自由度问题
4.7 总结
参考文献

5 电磁能量收集技术
5.1 引言
5.2 基本原理
5.3 绕线线圈的特性
5.4 微加工线圈
5.5 磁性材料
5.6 振动式电磁发电器的按比例缩小
5.7 电磁阻尼按比例缩小
5.8 电磁发电器功率优化
5.9 现有器件综述
5.10 微型器件
5.11 宏观器件
5.12 商用器件
5.13 总结
参考文献

6 利用压电叠层结构的振动能量收集器优化
6.1 引言
6.2 一维机电解析模型
6.3 功率优化
6.4 并联RL电路的优化
6.4.1 纯电阻电路
6.4.2 并联RL电路
6.5 串联RL电路
6.5.1 串联RL电路的优化结果
6.6 总结
参考文献
7无线传感器的能量收集
7.1 引言
7.2 背景
7.3 利用能量收集无线传感器跟踪直升机部件的载荷
7.4 利用太阳能无线传感器监测大跨度桥梁
7.5 关于Micro Strain公司
参考文献

8 利用非线性技术的能量收集
8.1 引言
8.2 非线性技术及其在振动控制方面的应用
8.2.1 基本原理
8.3 稳态条件下用于能量收集的非线性技术
8.3.1 技术原理
8.3.2 无阻尼振动分析
8.3.3 阻尼效应
8.3.4 实验验证
8.4 脉冲工作方式的能量收集
8.4.1 SSH技术
8.4.2 性能比较
8.4.3 实验验证
8.5 其他非线性能量收集技术
8.5.1 串联SSHI技术
8.5.2 考虑阻尼效应的理论分析
8.5.3 同步电荷提取(SECE)技术
8.5.4 实验验证
8.6 宽带激励下的能量收集技术
8.6.1 多模振动
8.6.2 随机振动
8.7 总结
参考文献
……

9 无线传感器网络中的能源
10 能量收集器中的微电子电路
11 热电能量收集技术
12 热电能量收集技术的优化
13 薄膜电池
14 高能量密度电池材料
15 用于植入式医疗器件的肌肉动力压电发电器
16 用于生物MEMS的压电能量收集
17 利用背包的压电能量收集
18 用于有源射频传感器及识别标签的能量收集
19 结构健康监测(SHM)无线传感器节点的供电
附录A 振动能量收集的相关标准

文摘
版权页:

能量收集技术

插图:

能量收集技术

通常,压电能量收集器为单层或双层压电陶瓷片构成的悬臂梁结构(压电单晶片或压电双晶片),作为收集器的悬臂梁固定在振动的宿主结构上,压电层中变化的应变产生交变电压并通过陶瓷上的电极输出。除了与收集器应用相关的实验研究外,研究者们还提出了各种数学模型。建立可靠的数学模型有利于在给定的基座激励条件下,计算能量收集器的输出功率,此外,还可以给出一系列电学和力学变量对能量收集器进行设计和优化。虽然,能量收集尚不能有效应用于实际电池的充电(Ottmaneta1.,2002),但是研究者们已经考虑将负载电阻加入电路,通过简单的模型预测收集器在给定基座激励下的电学响应。
如何计算振动式能量收集器负载电阻的端口电压,很多学者进行了研究。在早期的数学建模中,研究者们(Rolmdyeta1.,2003,duToiteta1.,2005)使用了集总参数(单自由度)模型。由于系统的电学部分本身是由集总参数构成的:包括压电陶瓷的内部(或固有)电容以及外部负载电阻等,因此集总参数模型是一种便捷的建模方式。只要获得机械部分的集总参数,就可以通过压电本构关系(IEEE,1987)将力学平衡方程与电路方程耦合,建立转换关系。这是Roundyeta1.(2003)andduT0iteta1.(2005)推导集总参数模型的主要步骤。虽然集总参数模型通过简单的方法给出了对问题初步理解,但是它只局限于单一振动模式,缺少物理耦合系统某些细节描述,如振型信息、准确的应变分布以及它们对电学响应的影响等。
由于悬臂式能量收集器主要受基座振动的激励作用,因此在能量收集的相关文献中,有些模型采用了振动力学基础教材中的集总参数简谐激励(duToiteta1.,2005),进而获得最大功率并进行参数优化(Stephen,2006,Daqaqeta1.,2007)。事实表明(Erturkand Inman,2008a),对于横向或纵向振动的悬臂梁,传统形式的集总参数简谐激励可能产生很大的误差,它取决于末端质量与悬臂梁质量之比。误差源于悬臂梁的分布质量对激励信号幅值的影响,Roundyeta1.(2003)的模型忽视了这一效应,而duT0iteta1.(2005)的模型采用了集总参数基座激励模型,因此低估了它的影响。分布质量对激励信号幅值具有重要的影响,尤其是当收集器的末端质量不大时,影响更为显著。当悬臂梁能量收集器受基座激励时,(Erturkand Inman,2008a)引入了修正因子,用于提高集总参数机电耦合(du I'oiteta1.2 005)计算精度。本章的2.2 节对集总参数机电耦合的幅值修正进行了小结。

内容简介
《能量收集技术》是目前国内外唯一叙述能量收集技术的专著。迅速发展的无线传感网在环境监测、结构健康监测、植入式医疗监测、汽车胎压监测等方面有广阔的应用前景,但是这些应用的主要瓶颈是自给能源,针对这种需求,《能量收集技术》全面论述了能量收集技术,内容共分19章,主要包括压电能量收集技术、电磁能量收集技术、热电能量收集技术、薄膜电池材料与技术、生物MEMS能量收集技术以及能量收集技术在结构健康监测、植入式医疗监测、有源射频传感器及识别等方面的应用。
《能量收集技术》由45名专家撰写,内容丰富,参考文献全面。适合于微机电系统(MEMS)、微电子、无线传感网、机械工程、仪器仪表等专业的科研工作者、高年级本科生、研究生和相关工程技术人员参考。

购买书籍

当当网购书 京东购书 卓越购书

PDF电子书下载地址

相关书籍

搜索更多