线性细分弧形压电分支光束能量收获器用于超低频振动
Iresha Erangani Piyarathna1, Ahmed Mostafa Thabet2, Mustafa Ucgul1
1Faculty of Science and Engineering, Southern Cross University, East Lismore, NSW 2480, Australia.
Sensors (Basel, Switzerland)
|June 10, 2023
概括
这项研究介绍了一种新型的弧形分支束收割机 (ASBBH),可以显著扩大压电能收获的操作带宽. ASBBH设计增强了像人类运动这样的超低频源的能量捕获,性能优于传统的收割机.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 电气工程 电气工程
背景情况:
- 零电能采集 (PEH) 系统为低功耗电子产品提供了潜力,但传统设计带宽窄,输出电压低.
- 线性压电能量收获器 (PEH),通常是横向光束收获器 (CBH),表现出单个共振峰值,限制了它们对人类运动等变频源的有效性.
- 需要从超低频源 (如人类运动) 获得高效的能量收获,需要改进收割机设计,超越传统的线性系统.
研究的目的:
- 开发和研究一种新的多模式收获机,弧形分支束收获机 (ASBBH),用于增强压电能收获.
- 扩大PEH系统的运行带宽,提高PEH系统的电压和发电能力,特别是用于超低频应用.
- 在频率响应和能量输出方面,比较ASBBH与传统横向光束收获器 (CBH) 的性能.
主要方法:
- 利用有限元法 (FEM) 分析ASBBH设计的操作带宽和模式特征.
- 实验验证了ASBBH性能,使用机械摇器进行受控激发.
- 评估了收割机的有效性,使用现实生活中的人类运动作为激发源来评估其实际应用.
主要成果:
- ASBBH在超低频率范围 (<10 Hz) 内显示了六个自然频率,比CBH的单个共振峰值显著更广.
- 拟议的ASBBH设计大大扩大了操作带宽,使其适合超低频人类运动能量采集.
- 在0.5g加速下,在第一个共振频率达到427μW的平均输出功率,这表明与CBH相比,产能优越.
结论:
- 弧形分支光束收获器 (ASBBH) 设计有效地扩大了压电能量收获的操作带宽.
- 在电压和发电方面,ASBBH的效率明显高于传统的悬臂光束收割机 (CBH).
- 这种新的设计有望从超低频源,特别是人类运动中有效地收集能量,为智能电子设备和无线传感器网络提供动力.
相关概念视频
Energy in Simple Harmonic Motion
To determine the energy of a simple harmonic oscillator, consider all the forms of energy it can have during its simple harmonic motion. According to Hooke's Law, the energy stored during the compression/stretching of a string in a simple harmonic oscillator is potential energy. As the simple harmonic oscillator has no dissipative forces, it also possesses kinetic energy. In the presence of conservative forces, both energies can interconvert during oscillation, but the total energy remains...
Vibrating Concrete
Mechanical vibrators are instrumental in compacting newly poured concrete within formwork and around reinforcements. This process is essential to eliminate trapped air pockets and establish a dense concrete mass. One widely used method is vibrating by internal vibrators, often referred to as a poker vibrator or immersion vibrator. It is rapidly inserted through the full depth of the freshly laid concrete and slightly extends into the layer below it (which remains in a plastic state). Consistent...


