靠近桥梁轴承的堆式压电能源收割机的设计策略

科学领域:

• 收集能源 收集能源
• 结构健康监测 结构健康监测
• 机械工程 机械工程
• 电气工程 电气工程

背景情况:

• 许多桥梁需要因严重恶化而进行状态监测.
• 由能源采集系统 (EHS) 供电的无线传感器对于监控动态负载结构至关重要.
• 压电式能量收获器 (pEHs) 提供了激发力和电信号输出之间的直接关系.

研究的目的:

• 为基于堆的压电能收获系统 (pEHSs) 的机械和电气组件提出一种新的协同优化方法.
• 为了最大限度地提高桥梁监控应用中的无线传感器供电的能量输出.
• 探索pEHSs在交通观测和结构状况评估方面的潜力.

主要方法:

• 为机械和电气元件开发了使用非线性溶解器的协同优化方法.
• 通过有限元模拟估计的机械刺激.
• 在Simulink中建模电路,采用调整二极管的非线性特征.
• 利用真实交通数据进行统计随机场景和变化分析.

主要成果:

• 揭示了能源输出对桥梁,收割机和交通动态之间的相互作用的强烈依赖.
• 建立了pEHS的设计标准,以最大限度地提高能源输出.
• 证明了在一个中等大小的桥上收集几毫瓦的时间平均功率的可行性.
• 验证了pEHSs适用于供电无线传感器节点和交通观测 (车辆频率,重量,轴负载) 的适用性.

结论:

• 协同优化方法有效地最大限度地从动态桥载中获取能量.
• pEHS是供电无线传感器节点的可行解决方案,用于结构健康监测和交通分析.
• 开发的方法为未来在民用基础设施中实施pEHS提供了重要的设计见解.