無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種分布式控制、可快速組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),利用布置在目標(biāo)場(chǎng)所的傳感器節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境數(shù)據(jù)信息,通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的檢測(cè)與控制。將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于艦船系統(tǒng),能有效改善艦船自動(dòng)化系統(tǒng)的搭建成本。目前的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)通常由傳統(tǒng)化學(xué)電池提供能源,而節(jié)點(diǎn)通常布置在管道等人類(lèi)不便到達(dá)之處,則電池耗盡后,無(wú)線傳感器也將失效。將環(huán)境中的能量回收轉(zhuǎn)化為電能為節(jié)點(diǎn)供電是有效解決節(jié)點(diǎn)電池能源不足的途徑之一。本文研制了兩種能量回收型無(wú)線溫度傳感器:一種是基于壓電效應(yīng)的回收艦船環(huán)境中振動(dòng)能量的無(wú)線傳感器,根據(jù)壓電學(xué)等相關(guān)理論建立了壓電懸臂梁模型,利用Ansys Workbench軟件對(duì)壓電懸臂梁進(jìn)行建模和仿真,討論了影響壓電懸臂梁固有頻率的各項(xiàng)因素,并對(duì)懸臂梁結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化,使其固有頻率趨近于艦船環(huán)境中的振動(dòng)頻率,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證研究的正確性。另一種是基于電磁感應(yīng)原理的回收艦船中搖擺能量的無(wú)線傳感器,根據(jù)電磁學(xué)等相關(guān)理論建立擺動(dòng)能量收集裝置模型,利用Ansoft Maxwell軟件對(duì)滾動(dòng)式電磁擺動(dòng)能量收集裝置進(jìn)行建模和仿真,并對(duì)線圈參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,提高了擺動(dòng)能量收集的效率。本文設(shè)計(jì)... 

【文章來(lái)源】：南華大學(xué)湖南省

【文章頁(yè)數(shù)】：75 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

一種電磁式微型發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)

南華大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.1一種電磁式微型發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)Fig1.1Basicstructureofelectromagneticminiaturegenerator圖1.2所示為靜電式振動(dòng)能量回收裝置的一種基本結(jié)構(gòu)，當(dāng)環(huán)境產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，引起可變電容器極板的相對(duì)面積或相對(duì)距離發(fā)生改變，從而引起電荷轉(zhuǎn)移，在外部電路中產(chǎn)生電流[27]。日本東京大學(xué)在2006年提出了一種基于CYTOP材料作聚合柱極體的靜電式微型發(fā)電機(jī)，這種材料可以減小裝置的厚度，該發(fā)電機(jī)最大輸出功率為6e=ú°@ú[28]。YiC等人則提出了一種通過(guò)外部電源進(jìn)行初始化操作的微型靜電式發(fā)電機(jī)[29]。2007年，臺(tái)灣交通大學(xué)的VChiu等人對(duì)傳統(tǒng)經(jīng)典是微型發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)減小發(fā)電系統(tǒng)的固有頻率的方法，提高了系統(tǒng)的輸出功率[30]。靜電式發(fā)電機(jī)需要外接電源提供一定的初始電壓才能驅(qū)動(dòng)，限制了其應(yīng)用范圍。圖1.2一種靜電式微型發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)Fig1.2Basicstructureofelectrostaticminiaturegenerator

第1章緒論5圖1.3所示為壓電式振動(dòng)能量回收裝置的一種基本結(jié)構(gòu)，是一種基于特殊材料的壓電效應(yīng)進(jìn)行發(fā)電的裝置。裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，壓電材料發(fā)生形變，從而產(chǎn)生動(dòng)勢(shì)差，故而產(chǎn)生電能。自2000年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多機(jī)構(gòu)和學(xué)者展開(kāi)了對(duì)壓電轉(zhuǎn)換式振動(dòng)能量微型發(fā)電機(jī)的研究，并取得了一定進(jìn)展。在理論模型方面，賀學(xué)鋒等人對(duì)懸臂梁式結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了研究，推導(dǎo)出較精確的諧振頻率和輸出功率理論公式[31]。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，Tang等人對(duì)阻尼比、質(zhì)量比等系數(shù)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)雙自由度系統(tǒng)能夠在一定程度上擴(kuò)大懸臂梁的共振頻率范圍[32]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)謝濤等人對(duì)多懸臂梁振子的壓電式振動(dòng)能量發(fā)電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)研究，成功的將諧振頻率帶拓寬至56-66Hz，大大提高了發(fā)電效率，當(dāng)激振頻率為60Hz時(shí)，其輸出功率時(shí)單懸臂梁的2倍[33]�？v觀現(xiàn)有文獻(xiàn)，主要有兩種對(duì)壓電懸臂梁回收裝置的優(yōu)化方案：一種是對(duì)壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使懸臂梁固有頻率與環(huán)境振動(dòng)頻率相匹配；另一種是通過(guò)建立多個(gè)懸臂梁，從而擴(kuò)大整個(gè)系統(tǒng)共振頻率區(qū)間。圖1.3一種壓電懸臂梁式發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)Fig1.3Basicstructureofpiezoelectriccantilevergenerator1.2.4能量回收裝置的應(yīng)用由于微機(jī)電系統(tǒng)的飛速發(fā)展，無(wú)線傳感器應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，而傳感器能否正常工作離不開(kāi)穩(wěn)定的供電系統(tǒng)。對(duì)于用傳統(tǒng)的化學(xué)電池給無(wú)線傳感器供電有著明顯的缺點(diǎn)：電池體積較大且壽命有限，需要定期更換，對(duì)于密布管道的船艙等人類(lèi)較難到達(dá)的地方，更換電池極不方便；化學(xué)電池還會(huì)引起環(huán)境污染等問(wèn)題，不利于可持續(xù)發(fā)展。因此，無(wú)線傳感器需要一種微型的、可持續(xù)供電且無(wú)污染的供電方式。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]壓電加速度傳感器磁靈敏度的多維測(cè)試方法的研究[J]. 黃志煌,林喜鑒.  計(jì)量與測(cè)試技術(shù). 2019(11)
[2]地鐵軌道振動(dòng)能量回收系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)[J]. 吳麗君,徐振龍,劉曉紅,趙峰,孫栩,王喻紅,劉磊.  交通科技與經(jīng)濟(jì). 2019(05)
[3]超高壓電容器用電子陶瓷材料系列化的研究[J]. 隨辰.  廣東化工. 2019(17)
[4]壓電陶瓷復(fù)合材料振動(dòng)發(fā)電研究[J]. 孫曉東,馮武衛(wèi),張玉蓮,賈森君,葉君華.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程. 2019(01)
[5]船舶運(yùn)動(dòng)對(duì)管線受力特性的影響[J]. 林強(qiáng),王浩召,陳墾,曹陽(yáng),劉雙.  中國(guó)造船. 2018(04)
[6]無(wú)鉛壓電陶瓷材料改性研究的現(xiàn)狀[J]. 郭璐.  信息記錄材料. 2018(11)
[7]懸臂梁雙晶壓電片不同連接方式發(fā)電性能[J]. 張智娟,倪超,侯立群.  電子器件. 2018(04)
[8]壓電陶瓷球形換能器耐電壓與抗拉極限輻射聲功率研究[J]. 趙勰.  聲學(xué)技術(shù). 2018(01)
[9]基于壓電懸臂梁的振動(dòng)發(fā)電裝置研究[J]. 陸安凝若,馮武衛(wèi),虞昊迪,周鵬程,周芃芃.  數(shù)碼設(shè)計(jì). 2017(07)
[10]基于LTC3588-1的壓電能量收集裝置實(shí)現(xiàn)及分析[J]. 王赟,陳喜輝,程功,鄒文隆,焦天予.  機(jī)電信息. 2017(09)

博士論文
[1]壓電振子在直線式振動(dòng)送料器上的應(yīng)用研究[D]. 蘇江.吉林大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)研究[D]. 黃定懿.湖北民族大學(xué) 2019
[2]低頻寬頻帶壓電振動(dòng)能量收集技術(shù)的研究[D]. 李彬.西安電子科技大學(xué) 2019
[3]基于LZW算法的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與設(shè)計(jì)[D]. 馬林.中北大學(xué) 2018
[4]基于NB-IoT的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究[D]. 許劍劍.北京郵電大學(xué) 2017
[5]基于切片法的海浪干擾力分析及船舶運(yùn)動(dòng)仿真研究[D]. 陳美蓉.廈門(mén)大學(xué) 2017
[6]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)追蹤和節(jié)能覆蓋優(yōu)化研究[D]. 邊家家.西安電子科技大學(xué) 2017
[7]基于多個(gè)風(fēng)致振動(dòng)能量收集器的微能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D]. 馬小敏.重慶大學(xué) 2017
[8]并行無(wú)線充電中的群組調(diào)度研究[D]. 李豪.華中科技大學(xué) 2017
[9]電磁式振動(dòng)能量收集裝置研究[D]. 王滿州.浙江工業(yè)大學(xué) 2017
[10]非線性低頻壓電振動(dòng)能量回收裝置的研究[D]. 張浩.南京航空航天大學(xué) 2016



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