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中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会

作者：刘鸣李小珍肖林西南交通大学

为研究高速列车作用下桥梁跨中压电能量收集装置给桥梁传感器供电可行性,本文以跨度96m简支梁桥为原型,基于车桥耦合动力学理论,利用软件midas建立有限元分析模型,通过桥梁动力分析软件BDAP,计算CRH2动力车组以速度250km/h过桥时的动力... 详细信息

为研究高速列车作用下桥梁跨中压电能量收集装置给桥梁传感器供电可行性,本文以跨度96m简支梁桥为原型,基于车桥耦合动力学理论,利用软件midas建立有限元分析模型,通过桥梁动力分析软件BDAP,计算CRH2动力车组以速度250km/h过桥时的动力响应,曲线拟合得到跨中双晶式压电悬臂梁的最终动位移响应。基于压电效应,推导出压电臂梁端位移、频率与收集电压的关系,进而得出可收集电压。研究表明,上述工况下可收集电压为4.22V,基本满足传感器的工作电压。

关键词：车桥耦合振动压电效应能量收集传感器供电

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传感器供电方法和装置

传感器供电方法和装置

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作者：刘严强邸建军赖广森丁宝峰庄树才 100029 北京市朝阳区安苑路20号世纪兴源大厦14层

本发明公开了一种传感器供电方法和装置，其中，该方法包括：将埋地管道中的杂散电流转换为直流电；通过上述直流电为上述埋地管道中的传感器供电。本发明解决了现有技术中难以对传感器供电的技术问题，达到了在消除杂散电流的同时对传... 详细信息

标准号: CN103066651B

本发明公开了一种传感器供电方法和装置，其中，该方法包括：将埋地管道中的杂散电流转换为直流电；通过上述直流电为上述埋地管道中的传感器供电。本发明解决了现有技术中难以对传感器供电的技术问题，达到了在消除杂散电流的同时对传感器进行供电的技术效果。

关键词：传感器供电直流电埋地管道杂散电流技术效果传感器一种供电转换消除公开解决进行

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无线录井传感器供电技术研究

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中国化工贸易 2012年第2期4卷 281-281页

作者：张海波胜利油田地质公司录井工艺研究所山东东营257000

通过对无线录井传感器供电原理的分析，提出太阳能电池板和蓄电池的供电技术，详细介绍了该电源系统的结构、太阳能电池的工作原理、蓄电池及充电控制器的工作方式以及供电子系统电路设计的简介。

关键词：无线录井传感器供电太阳能

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采掘工作面传感器的供电装置

采掘工作面传感器的供电装置

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作者：郑焕群孙彦良杨澎丁继存靳静金同孟海朋张永晓 273500 山东省济宁市邹城市凫山南路298号

本发明公开了一种采掘工作面传感器的供电装置，包括：第一供电源、第二供电源和固态继电器；所述第一供电源与所述固态继电器的供电端连接，为所述固态继电器提供驱动电流；所述第一供电源连接于所述固态继电器的常开触点，所述第二供... 详细信息

标准号: CN104993578A

本发明公开了一种采掘工作面传感器的供电装置，包括：第一供电源、第二供电源和固态继电器；所述第一供电源与所述固态继电器的供电端连接，为所述固态继电器提供驱动电流；所述第一供电源连接于所述固态继电器的常开触点，所述第二供电源连接于所述固态继电器的常闭触点；所述固态继电器的输出端连接至采掘工作面传感器。所述供电装置具有两路供电源，在第一供电源出现故障时可自动切换至第二供电源，可实现两路供电源之间的自动切换，避免传感器供电中断，保障了为传感器供电的稳定性和连续性。

关键词：供电源固态继电器采掘工作面传感器供电供电装置两路供电传感器连接可自动切换输出端连接常闭触点常开触点出现故障驱动电流自动切换供电端一种中断保障公开

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摩擦电式低频振动能量收集装置及其电源管理电路

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微纳电子技术 2025年第1期62卷 101-109页

作者：崔明星李忻睿王俊浩齐文东于鑫长春工业大学电气与电子工程学院长春130012

摩擦纳米发电机(TENG)在收集低频振动能量方面具有显著优势,但也存在输出电能不稳定和能量利用率低等问题。针对这些问题,设计了一种摩擦电式低频振动能量收集装置以及电源管理电路。该振动能量收集装置设计了固定于外壳的振动轴,使振... 详细信息

摩擦纳米发电机(TENG)在收集低频振动能量方面具有显著优势,但也存在输出电能不稳定和能量利用率低等问题。针对这些问题,设计了一种摩擦电式低频振动能量收集装置以及电源管理电路。该振动能量收集装置设计了固定于外壳的振动轴,使振动块在振动时有轨迹地上下运动,同时搭配了弹簧,使振动效果更加显著,并增加了缓冲效果。通过所设计的电源管理电路,充电效率明显提升,特别是在电容为3.3μF时,充电效率相比于直接充电电路提升了2.5倍。此外所设计的电路还体现出较强的带负载能力,满足了为温湿度传感器连续供电的需求。该装置在低频振动能量收集领域和TENG的电源管理电路设计方面具有巨大的潜力,拓展了TENG的实际应用范围。

关键词：摩擦纳米发电机(TENG) 振动能量收集电源管理电路充电效率传感器供电

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一种多传感器同一电源供电的电路结构

一种多传感器同一电源供电的电路结构

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作者：孙宏杰王强朱立军沈永春 233010 安徽省蚌埠市华光大道726号

本发明公开了一种多传感器同一电源供电的电路结构，具体涉及传感器供电技术领域。它解决了现有的多传感器同一电源供电方法中，当任意一个传感器损坏造成电源对地短路时，就会引起断路器关断，造成所有传感器掉电，进而造成维修困难的... 详细信息

标准号: CN105356444A

本发明公开了一种多传感器同一电源供电的电路结构，具体涉及传感器供电技术领域。它解决了现有的多传感器同一电源供电方法中，当任意一个传感器损坏造成电源对地短路时，就会引起断路器关断，造成所有传感器掉电，进而造成维修困难的不足。该多传感器同一电源供电的电路结构，包括电源、断路器和多个传感器，电源的输出端连接多个供电电路，多个供电电路上串联有同一断路器，每个供电电路的末端连接一个传感器，其特征在于，每个供电电路中串接有自恢复保险单元，自恢复保险单元包括自恢复保险丝，自恢复保险丝并联有发光二极管。

关键词：供电电路多传感器同一电源自恢复保险丝电源自恢复保险电路结构断路器传感器传感器供电传感器损坏断路器关断多个传感器发光二极管输出端连接供电对地短路供电方法末端连接并联串接掉电一种串联维修不足涉及公开解决

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一种高可靠性可编程低通滤波器的设计与应用

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电测与仪表 2008年第6期45卷 61-64页

作者：史会轩李朝晖刘媛华中科技大学武汉430074 中国科学院电子学研究所北京100080

本文在综合考虑了传感器特性、信号传输和现场应用等因素的基础上,设计了一种高可靠性可编程低通滤波器。与传统的信号滤波器相比,具有带宽可编程选择、放大倍数可灵活调整、可靠性高等优点。通过实验测试及其工程应用,验证了该滤波器... 详细信息

本文在综合考虑了传感器特性、信号传输和现场应用等因素的基础上,设计了一种高可靠性可编程低通滤波器。与传统的信号滤波器相比,具有带宽可编程选择、放大倍数可灵活调整、可靠性高等优点。通过实验测试及其工程应用,验证了该滤波器操作的方便性、可靠性和良好的滤波效果,很好地满足了测量要求。

关键词：低通滤波可编程传感器供电高可靠性

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基于摆动船型摩擦纳米发电机的波浪能采集技术研究

基于摆动船型摩擦纳米发电机的波浪能采集技术研究

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作者：钟英豪广东海洋大学

学位级别：硕士

为达到智慧经略海洋目的,需要集成各种海上设备与传感器等电子系统用于对海洋气象监测、信号传输和导航等,而电子系统的增加大大提升了对能源的需求。传统供能方式往往采用电池供电,然而电池供电存在成本高和续航差等问题,使得海洋监测... 详细信息

为达到智慧经略海洋目的,需要集成各种海上设备与传感器等电子系统用于对海洋气象监测、信号传输和导航等,而电子系统的增加大大提升了对能源的需求。传统供能方式往往采用电池供电,然而电池供电存在成本高和续航差等问题,使得海洋监测传感器面临着无法持续性供电的巨大挑战。对于采用新能源发电,相比于风能和太阳能,波浪能具有环境影响小和能量密度高等优点,是最具发展前景的海洋可再生资源之一。传统的波浪能发电技术存在结构笨重和转换效率低等缺点,并且大多数只能传输给大型电网,难以对海上设备进行直接供电。因此,探索针对海上设备与传感器供电的新型波浪能发电技术,成为了人们开发海洋进程中亟需解决的重要问题。摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)是一种全新能源技术,其基于麦克斯韦位移电流原理,可将杂乱无章的机械能转化为电能。对比电磁发电,更有利于收集低频能量。因此,利用TENG收集低频、无规律的波浪能是一个极佳的选择。本文基于该技术设计出一种摆动船型摩擦纳米发电机(Swing ship type triboelectric nanogenerator,ST-TENG),可长时间稳定收集波浪能。主要研究内容和结论如下:(1)结合独立层和接触分离两种工作模式,设计了一种摆动船型结构。通过结构与理论分析阐述了ST-TENG所涉及到的两种工作原理,并且对两种模式下的ST-TENG进行了电学理论模拟分析,研究了不同运动位置下电势具体分布情况,验证了ST-TENG的可行性。(2)为进一步进行实验分析,介绍了实验设备和制作ST-TENG所需材料。由3D打印机打印出所设计的船型装置,通过裁剪法和粘结法将购置的材料进行组装。最后搭建了一套基于线性电机的ST-TENG发电特性实验研究系统,用于探究不同因素对STTENG发电性能的影响。(3)实验结果显示,对于内部结构参数,同种厚度下,使用PTFE薄膜作为摩擦材料,对比使用FEP薄膜输出性能明显提升;尼龙滚筒表面粘贴Al薄膜后输出性能有所提升;使用实心滚筒输出性能比空心滚筒好;添加泡沫胶后,开路电压和转移电荷大大增加,但对短路电流基本没有影响。对于外部工况,1.5Hz最接近装置的共振频率,此时输出最高,但信号并不稳定,随着振幅的不断提升,开路电压和转移电荷不断增加,而短路电流先增加后不变。(4)为了更好的探究ST-TENG性能和实用性,研究了ST-TENG的负载特性、充电特性以及稳定性。结果显示,接触分离和独立层两种模式下的TENG在最佳匹配负载下都达到了较大的输出功率。ST-TENG在短时间内可以将不同电容器充电至一定电压,并用以维持电子手表正常运作。最后验证了该装置具有足够的稳定性,能够长时间收集低频波浪能。

关键词：传感器供电摩擦纳米发电机摆动船型结构波浪能采集

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收集振动能的软接触式摩擦纳米发电机设计与性能研究

收集振动能的软接触式摩擦纳米发电机设计与性能研究

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作者：梅纳尔多广东海洋大学

学位级别：硕士

随着自动化智能技术和物联网的发展,庞大的无线传感器节点对于实现智能机械工程无比重要,并且在工业和社会领域也都具有十分重要的意义。随着其对能源的需求量越来越大,传统的能源输送方法比如电缆或电池,因为具有难以安装、昂贵、寿命... 详细信息

随着自动化智能技术和物联网的发展,庞大的无线传感器节点对于实现智能机械工程无比重要,并且在工业和社会领域也都具有十分重要的意义。随着其对能源的需求量越来越大,传统的能源输送方法比如电缆或电池,因为具有难以安装、昂贵、寿命短和污染严重等问题,所以难以满足各种无线传感器的持续供电需求,这是无线传感器目前所面临的最大的困境。因此,寻找能够减少碳排放的可再生能源刻不容缓。振动能作为一种常见的能量形式广泛存在于人类的日常生活中,且在大多数情况下振动能都被视为不必要的副产品而被浪费。因此,应用不同的原理去收集振动能量并将其转化为电能已成为研究的热点,获取机械振动能量对于实现传感器网络的供电也至关重要。基于摩擦起电和静电感应耦合作用的摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator,TENG)为收集振动能量提供了一种有效的方法。其具有高输出电压、高效率、低成本、制造方法简单和生态友好性等优点,以及高效的低频振动能量采集特点。因此,本文基于摩擦纳米发电技术设计出一种收集振动能的软接触式摩擦纳米发电机(Soft-contact Triboelectric Nanogenerator,SC-TENG),SC-TENG结构由内芯、外壳、PTFE薄膜、AL薄膜、羊毛组成,包含四个发电单元,采用水平滑移式摩擦纳米发电机。工作原理为在外界机械振动的情况下,内芯在外壳内底部的支柱上下滑动,其外表面与外壳内表面相互摩擦进而产生交流电,可以在一定时间内稳定的收集低频无规律的机械振动能。主要研究内容和结论如下: (1)结合水平滑移式的工作模式,通过开发双层立方体结构来提高摩擦纳米发电机的输出功率,并通过添加羊毛作为补充材料来增强其性能。通过结构和理论分析,研究了SC-TENG的工作原理,并对SC-TENG在该原理下进行了电学理论模拟,研究了电动势在不同运动平面的具体分布,验证了SC-TENG的实用性。 (2)介绍了制造SC-TENG所需的测试设备和材料,以便进一步进行实验分析。设计具有两层结构的立方体装置并通过3D打印技术打印出来,然后使用切割和胶合技术将所得材料组装起来。最后,建立了一个基于线性电机的实验系统来研究SC-TENG的发电特性,用来研究不同因素对SC-TENG发电性能的影响。 (3)关于研究影响SC-TENG性能的内部结构参数,实验结果显示,当薄膜的厚度被限制在0.3mm的标准下,PTFE薄膜相较于FEP薄膜的输出性能有着明显提高;使用轻质内芯输出性能比重的内芯要更好;在外壳内底部的支柱上加上弹簧后输出性能明显提升;在内芯四个侧面加入补充材料后,摩擦纳米发电机的输出性能显著提升,通过对比试验发现,相较于质地较软鸭绒毛,使用质地更粗糙的羊毛作为补充材料的SC-TENG具有更高的输出功率。在外部条件下,当频率从1Hz增加到2.5Hz时,设备的输出功率持续增加,但信号稳定性相对不高。随着振幅从30毫米增加到60毫米,开路电压、短路电流和转移电荷也随之增加。 (4)为了更好地研究SC-TENG的输出性能和实用性,通过对SC-TENG的负荷特性、负载特性和稳定性进行实验分析。结果显示,SC-TENG在200MΩ的匹配负载下实现了112.5μW的峰值瞬时功率。其次,在充电特性方面,SC-TENG能够在180秒内将3.3μF和10μF的电容器分别充电到9.35V和2.87V,然后为电子钟提供电流并维持其正常工作45秒。此外,SC-TENG还可以向至少100个LED灯供能。最后,稳定实验的结果表明,在1500次循环的耐久性测试中,SC-TENG的输出电压仅仅只下降了5%。这表明该装置具有一定的耐用性,并且可以长时间有效地收集低频和不规则的机械振动能量。

关键词：摩擦纳米发电机传感器供电振动能采集输出性能稳定性

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基于双翼飞轮的水面无人舰能量采集技术研究

基于双翼飞轮的水面无人舰能量采集技术研究

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作者：代楚天西南交通大学

学位级别：硕士

随着人类对海洋资源的不断发现,海洋探索设备的发展也变得日益迅速,其中水面无人舰的发展尤其迅猛。现如今,无人水面舰艇(USV)已被广泛应用于环境保护、安全搜索、水面救援以及海事调查等多种领域。无人水面舰通常依靠电池或燃油作为动... 详细信息

随着人类对海洋资源的不断发现,海洋探索设备的发展也变得日益迅速,其中水面无人舰的发展尤其迅猛。现如今,无人水面舰艇(USV)已被广泛应用于环境保护、安全搜索、水面救援以及海事调查等多种领域。无人水面舰通常依靠电池或燃油作为动力源,但这种驱动方式会占用大量船舱空间来储存能源,因此用于供给传感器的能源较为有限。此外无人水面舰的尺寸有限,因此其单次工作时间也相对较短,难以完成长时间且需要大量信息采集的任务。因此,如何延长其工作时间并保证传感器的能源充足已经成为一个重要的问题。因此,本文提出了一种基于双翼飞轮的无人水面舰波浪能采集系统。该系统安装在无人水面舰的舰体中,能够将驱动无人水面舰振动的波浪能转换为电能,从而延长无人水面舰的工作时间并为无人水面舰传感器供电。首先,本文结合无人水面舰的结构和使用场景提出了适用于无人水面舰波浪能采集系统的设计要求,并根据设计要求提出了一种新颖的基于双翼飞轮机构的波浪能采集系统。系统采用模块化设计思路,将波浪能采集系统根据功能划分为四个模块:波浪能俘获机构、机械运动转换机构、双翼飞轮电磁发电机和整流储能电路。其次,本文对所设计的无人水面舰波浪能采集系统进行了理论建模,建立了无人水面舰和波浪能采集系统的水动力学模型,对系统机构进行机构动力学建模,对电磁发电机进行电磁学分析,最后耦合各部分模型完成了系统整体的动力学模型。随后借助水动力学仿真软件ANSYS AQWA和电磁仿真软件COMSOL分析装置的水动力学参数和电磁参数,最后借助MATLAB仿真软件和理论模型计算分析系统的动力学响应。第三,本文搭建了波浪能采集系统的试验样机,利用伺服液压机械测试与传感系统(MTS)对试验样机进行了包括负载试验、充放电试验和传感器试验在内的多组试验,试验进一步验证了波浪能采集系统的可行性。同时试验结果表明,波浪能采集系统能够获得28.15 mW的平均功率和201.67 mW的峰值功率,证明双翼飞轮机构能够最高提高51.64%的能量俘获效率。最后,本文结合位于青岛的小麦岛海洋监测站的波浪数据对水面无人舰的波浪能采集系统进行应用研究。评估了系统的波浪能采集潜力,对波浪能采集系统的预期效果进行分析。提出了能耗俘能平衡方程,为评估系统的安装收益提供指标,并验证系统的潜力和可行性。

关键词：波浪能收集无人水面舰双翼飞轮传感器供电应用分析

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