振动能量收集系统的研究与实现

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近年来,无线传感器网络的应用越来越广泛,其供电问题成为了制约其进一步发展的瓶颈,在某些偏僻的地区和某些特殊应用场合,更换电池的费用非常高甚至不可能实现,所以能量收集技术正在成为一个研究热点。本文针对振动能量收集方法进行了研究和实验。论文完成了以下研究内容。1.阅读了国内外参考文献,了解了国内外对压电能量收集的发展现状。2.研究了压电材料发电性能的影响因素。分析了不同压电材料的发电性能,对压电陶瓷和高分子压电薄膜PVDF材料进行了能量收集转换效率对比实验,证实了PVDF材料的能量转换效率更高。通过实验研究了相同面积的压电材料的不同结构对发电性能的影响。进行了压电材料的单片输出电压电流测试,和串联及并联实验,结果证实,将压电材料串联合并联相结合后,可使输出电压和电流都有所提高。研究了压电振子固有频率的影响因素,并进行了实验分析,结果表明,相对于单悬臂梁结构来说,多悬臂梁结构可以有效地降低压电振子的固有频率,可与电机的一阶振动频率相接近,从而适用于异步电动机的振动能量收集。3.设计了基于单片机控制的振动能量收集控制系统,并将之应用与振动测速仪进行辅助供电。设计了振动能量收集电路,测定了振动能量转换电路的转换效率。设计了振动能量控制系统,控制系统通过振动测速仪的单片机实现,设计了控制系统的软件和硬件,实现了二种供电方式间的自动切换。最后分析了振动能量收集系统的转换效率。
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