能量收集技術(shù)

內(nèi)容概要

　　本書是目前國內(nèi)外唯一敘述能量收集技術(shù)的專著。迅速發(fā)展的無線傳感網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、植入式醫(yī)療監(jiān)測、汽車胎壓監(jiān)測等方面有廣闊的應(yīng)用前景，但是這些應(yīng)用的主要瓶頸是自給能源，針對(duì)這種需求，本書全面論述了能量收集技術(shù)，內(nèi)容共分19章，主要包括壓電能量收集技術(shù)、電磁能量收集技術(shù)、熱電能量收集技術(shù)、薄膜電池材料與技術(shù)、生物MEMS能量收集技術(shù)以及能量收集技術(shù)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、植入式醫(yī)療監(jiān)測、有源射頻傳感器及識(shí)別等方面的應(yīng)用。
　　本書由45名專家撰寫，內(nèi)容豐富，參考文獻(xiàn)全面。適合于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、微電子、無線傳感網(wǎng)、機(jī)械工程、儀器儀表等專業(yè)的科研工作者、高年級(jí)本科生、研究生和相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

作者：（印度）沙山克·普里亞（S.Priya） （美國）丹尼爾·茵曼（D.J.Inman） 譯者：黃見秋 黃慶安

書籍目錄

1　壓電能量收集技術(shù)
2　懸臂梁式壓電能量收集器的機(jī)電模型
3　振動(dòng)式壓電能量收集器的性能計(jì)算
4　壓電等效電路模型
5　電磁能量收集技術(shù)
6　利用壓電疊層結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量收集器優(yōu)化
7　無線傳感器的能量收集
8　利用非線性技術(shù)的能量收集
9　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能源
10　能量收集器中的微電子電路
11　熱電能量收集技術(shù)
12　熱電能量收集技術(shù)的優(yōu)化
13　薄膜電池
14　高能量密度電池材料
15　用于植入式醫(yī)療器件的肌肉動(dòng)力壓電發(fā)電器
16　用于生物MEMS的壓電能量收集
17　利用背包的壓電能量收集
18　用于有源射頻傳感器及識(shí)別標(biāo)簽的能量收集
19　結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）無線傳感器節(jié)點(diǎn)的供電
附錄A　振動(dòng)能量收集的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：通常，壓電能量收集器為單層或雙層壓電陶瓷片構(gòu)成的懸臂梁結(jié)構(gòu)（壓電單晶片或壓電雙晶片），作為收集器的懸臂梁固定在振動(dòng)的宿主結(jié)構(gòu)上，壓電層中變化的應(yīng)變產(chǎn)生交變電壓并通過陶瓷上的電極輸出。除了與收集器應(yīng)用相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究外，研究者們還提出了各種數(shù)學(xué)模型。建立可靠的數(shù)學(xué)模型有利于在給定的基座激勵(lì)條件下，計(jì)算能量收集器的輸出功率，此外，還可以給出一系列電學(xué)和力學(xué)變量對(duì)能量收集器進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。雖然，能量收集尚不能有效應(yīng)用于實(shí)際電池的充電（Ottmaneta1.，2002），但是研究者們已經(jīng)考慮將負(fù)載電阻加入電路，通過簡單的模型預(yù)測收集器在給定基座激勵(lì)下的電學(xué)響應(yīng)。如何計(jì)算振動(dòng)式能量收集器負(fù)載電阻的端口電壓，很多學(xué)者進(jìn)行了研究。在早期的數(shù)學(xué)建模中，研究者們（Rolmdyeta1.，2003，duToiteta1.，2005）使用了集總參數(shù)（單自由度）模型。由于系統(tǒng)的電學(xué)部分本身是由集總參數(shù)構(gòu)成的：包括壓電陶瓷的內(nèi)部（或固有）電容以及外部負(fù)載電阻等，因此集總參數(shù)模型是一種便捷的建模方式。只要獲得機(jī)械部分的集總參數(shù)，就可以通過壓電本構(gòu)關(guān)系（IEEE，1987）將力學(xué)平衡方程與電路方程耦合，建立轉(zhuǎn)換關(guān)系。這是Roundyeta1.（2003）andduT0iteta1.（2005）推導(dǎo)集總參數(shù)模型的主要步驟。雖然集總參數(shù)模型通過簡單的方法給出了對(duì)問題初步理解，但是它只局限于單一振動(dòng)模式，缺少物理耦合系統(tǒng)某些細(xì)節(jié)描述，如振型信息、準(zhǔn)確的應(yīng)變分布以及它們對(duì)電學(xué)響應(yīng)的影響等。由于懸臂式能量收集器主要受基座振動(dòng)的激勵(lì)作用，因此在能量收集的相關(guān)文獻(xiàn)中，有些模型采用了振動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)教材中的集總參數(shù)簡諧激勵(lì)（duToiteta1.，2005），進(jìn)而獲得最大功率并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化（Stephen，2006，Daqaqeta1.，2007）。事實(shí)表明（Erturkand Inman，2008a），對(duì)于橫向或縱向振動(dòng)的懸臂梁，傳統(tǒng)形式的集總參數(shù)簡諧激勵(lì)可能產(chǎn)生很大的誤差，它取決于末端質(zhì)量與懸臂梁質(zhì)量之比。誤差源于懸臂梁的分布質(zhì)量對(duì)激勵(lì)信號(hào)幅值的影響，Roundyeta1.（2003）的模型忽視了這一效應(yīng)，而duT0iteta1.（2005）的模型采用了集總參數(shù)基座激勵(lì)模型，因此低估了它的影響。分布質(zhì)量對(duì)激勵(lì)信號(hào)幅值具有重要的影響，尤其是當(dāng)收集器的末端質(zhì)量不大時(shí)，影響更為顯著。當(dāng)懸臂梁能量收集器受基座激勵(lì)時(shí)，（Erturkand Inman，2008a）引入了修正因子，用于提高集總參數(shù)機(jī)電耦合（du I'oiteta1.2 005）計(jì)算精度。本章的2.2 節(jié)對(duì)集總參數(shù)機(jī)電耦合的幅值修正進(jìn)行了小結(jié)。

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