【摘要】：隨著人工智能等概念的提出和迅速發(fā)展,智能化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為改變?nèi)祟惿罘绞降闹饕侄�。物�?lián)網(wǎng)是基于電子傳感器對(duì)各種環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)而傳遞到人工交互界面構(gòu)建的。由于環(huán)境參數(shù)具有多樣性和動(dòng)態(tài)性,物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建依賴于大量各式各樣的分布式傳感器。大部分電子傳感器離不開傳統(tǒng)外部電源的驅(qū)動(dòng),電子傳感器難以獨(dú)立持續(xù)地運(yùn)行嚴(yán)重限制了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。因此,無外部供電的自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被提出用來實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的自供電如太陽能、風(fēng)能自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠在沒有外部電源的情況下通過收集周圍環(huán)境中的能量,并轉(zhuǎn)換為電能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)傳感,并用于構(gòu)建無線自驅(qū)動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。近來,基于TENG(摩擦納米發(fā)電機(jī),triboelectric nanogenerator)自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)迅猛發(fā)展,相較于傳統(tǒng)的太陽能、風(fēng)能自驅(qū)動(dòng)技術(shù),TENG自驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有低成本、易組裝等優(yōu)點(diǎn)�；赥ENG(triboelectric nanogenerator)的無線自驅(qū)動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù),不僅有可能幫助解決全球能源短缺與環(huán)境污染問題,也能夠推動(dòng)無線傳感技術(shù)的進(jìn)步。本論文中,基于TENG,我們?cè)O(shè)計(jì)了幾種不同結(jié)構(gòu)、不同能量收集方式、不同無線通信方式的無線自驅(qū)動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)�；赥ENG的智能傳感節(jié)點(diǎn)具有巨大的應(yīng)用前景。本論文的研究要點(diǎn)如下:1.天氣預(yù)測(cè)和災(zāi)害預(yù)警離不開氣象監(jiān)測(cè)。氣象監(jiān)測(cè)依賴于各種傳感器,需要外部不斷地提供能量。從周圍環(huán)境中收集能量為傳感器節(jié)點(diǎn)供電,將為改變這一現(xiàn)狀提供新的途徑。我們構(gòu)建了一種自供能的氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng),它可以通過摩擦電納米發(fā)電機(jī)以收集風(fēng)能來驅(qū)動(dòng)。我們?cè)O(shè)計(jì)制備單電極圓柱型TENG能夠收集轉(zhuǎn)動(dòng)能量。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和模擬都證明,由兩個(gè)的半周長(zhǎng)摩擦層構(gòu)成的TENG具有良好的輸出性能。TENG不僅能夠收集風(fēng)能,還可以通過與常規(guī)風(fēng)速傳感器集成,用于自供能、無線、遠(yuǎn)程氣象探測(cè)。這項(xiàng)工作不僅促進(jìn)了綠色可持續(xù)能源收集的發(fā)展,也推動(dòng)了TENG在自供電遙感中的應(yīng)用。2.建立智能傳感系統(tǒng)非常具有前景但又具有一定的挑戰(zhàn)性,因?yàn)閭鹘y(tǒng)設(shè)備往往需要外部電池或電網(wǎng)供電,這嚴(yán)重限制了其應(yīng)用,尤其是在偏遠(yuǎn)地區(qū)或在供電困難的情況下。在此,我們制備了一種基于混合納米發(fā)電機(jī)(NG,hybrid nanogenerator)的智能自供能傳感網(wǎng)絡(luò),可以同時(shí)或單獨(dú)收集風(fēng)能和太陽能,作為可持續(xù)能源。起著核心作用的是透明、柔性的旗狀TENG,其輸出電壓與風(fēng)速和集成單元的數(shù)量成正比。通過巧妙的結(jié)構(gòu),底部的太陽能電池可以不受外界影響地吸收陽光�；旌闲蚇G不僅可以主動(dòng)檢測(cè)風(fēng)速,還可以用于構(gòu)建自供能無線溫度傳感系統(tǒng),進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多功能傳感。這項(xiàng)工作促進(jìn)了基于TENG的可再生能源收集技術(shù)的發(fā)展,提出了一種通過收集環(huán)境能源實(shí)現(xiàn)多種監(jiān)測(cè)功能的智能傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。3.由于水在地球上廣泛存在且普遍可用,從水中獲取能量具有重大意義。在此,我們制備了一種TENG,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低的優(yōu)點(diǎn),不僅可以從水中獲取能量,而且可以根據(jù)TENG的輸出電信號(hào)主動(dòng)檢測(cè)水流的位置和速度。此外,我們可以調(diào)整TENG結(jié)構(gòu)來收集風(fēng)能,實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。另外,我們構(gòu)建了基于此TENG的用于實(shí)現(xiàn)主動(dòng)監(jiān)測(cè)功能的自驅(qū)動(dòng)可見光通信(VLC,visible light communication)系統(tǒng),可用于無需外部電源的自供能無線數(shù)據(jù)傳輸。這項(xiàng)工作在自供電無線監(jiān)測(cè)方面意義非凡。
【圖文】：

能源危機(jī)和新能源的發(fā)展

基于TENG的自驅(qū)動(dòng)壓力傳感系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM31;TP212.9

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王中林;;壓電式納米發(fā)電機(jī)的原理和潛在應(yīng)用[J];物理;2006年11期

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本文編號(hào)：2686114