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压电振动能量非线性捕获电路设计与运用

收藏本文 2024-04-05 点赞:24308 浏览:108646 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着科学技术和社会经济的不断进展,各个领域对电能的需求变得越来越大,而传统电能获取方式使得可利用的传统能源变得越来越少。为了解决目前面对的能源危机,“新能源”成为了科学探讨领域的热点。目前,运用比较成熟的新能源主要包括太阳能、风能、水能和核能等。而在微电子系统中,能量的供给不足也越来越受到人们的关注,由于其能量供给方式具有一定的特殊性,比如能量获取装置的结构尺寸不能太大、系统的能量消耗很小等,在这种情况下,压电能量凭借着收集方式简单、运用范围广、无电磁干扰、无污染等优点,成为了微电子系统供电的理想选择。本论文利用压电陶瓷的压电效应,探讨和构建压电能量捕获电路,将环境振动能转化为电能储存起来,同时将储存的能量给无线传感器网络节点供电,以而验证整个能量捕获系统的可行性。本论文将探讨内容分为以下四个部分:介绍压电发电的探讨目的和作用,阐述目前国内外在压电发电技术方面的探讨近况。同时,对压电效应、压电材料和压电方程等基本概念和论述做简要概括,并采取悬臂梁式压电振子结构进行压电收集实验。在论述基本探讨情况和基本论述的基础上,对各种压电能量捕获电路进行原理和功能浅析,并进行电路仿真,比较各种压电能量捕获电路的效率,以而探讨如何选择合适的非线性能量捕获电路。同时对各种储存装置进行性能比较,选择超级电容用于电能的存储。最后,根据非线性能量捕获电路的工作原理设计了运用于实际的具体电路。构建悬臂梁式压电振子振动实验台,并进行能量捕获电路的实验探讨。通过对不同形式的压电振子组合进行实验,确定压电振子的最佳振动频率和最佳振动力,并探讨压电振子的组合方式对能量收集的影响;通过各种能量捕获电路的比较实验,浅析电路结构对能量捕获效率的影响。设计无线传感器网络节点实验平台,并利用能量捕获电路给节点供电,实验表明本论文所设计的非线性捕获电路提升了压电能量的捕获效率,并能够将收集到的能量储有着超级电容中,以而给无线传感器网络节点提供电能。关键词:压电能量论文非线性能量捕获电路论文超级电容论文无线传感器网络论文

    摘要4-5

    ABSTRACT5-9

    第1章 绪论9-17

    1.1 本课题探讨的依据和作用9-11

    1.2 压电发电技术国内外探讨近况11-15

    1.3 本论文探讨的主要内容15-17

    第2章 压电发电论述基础17-26

    2.1 压电效应17-18

    2.2 压电材料18-21

    2.2.1 压电陶瓷介绍18-19

    2.2.2 压电陶瓷性能参数19-21

    2.3 压电方程21-22

    2.4 悬臂梁式压电振子结构说明22-25

    2.5 本章小结25-26

    第3章 能量捕获电路浅析及仿真26-44

    3.1 标准能量捕获电路26-28

    3.1.1 标准能量捕获电路26-27

    3.1.2 标准能量捕获电路仿真27-28

    3.2 非线性能量捕获电路28-33

    3.2.1 并联同步非线性能量捕获电路29

    3.2.2 并联同步非线性能量捕获电路仿真29-30

    3.2.3 串联同步非线性能量捕获电路30-31

    3.2.4 串联同步非线性能量捕获电路仿真31-32

    3.2.5 电荷同步非线性能量捕获电路32

    3.2.6 电荷同步非线性能量捕获电路仿真32-33

    3.2.7 不同能量捕获电路的输出功率比较33

    3.3 能量储存装置探讨33-36

    3.4 非线性能量捕获电路设计36-43

    3.4.1 分立式非线性能量捕获电路设计36-39

    3.4.2 集成式非线性能量捕获电路设计39-43

    3.5 本章小结43-44

    第4章 能量捕获电路实验探讨44-52

    4.1 悬臂梁式压电振子振动实验台的构建44-45

    4.2 压电振子发电测试实验45-47

    4.3 三种能量捕获电路的超级电容充电实验47-48

    4.4 多片压电振子振动的超级电容充电实验48-51

    4.5 本章小结51-52

    第5章 无线传感器网络节点实验系统设计52-65

    5.1 无线传感器网络节点实验系统器件选型53-57

    5.1.1 低功耗微处理器选型53-55

    5.1.2 无线通信芯片选型55-56

    5.1.3 温湿度传感器芯片选型56-57

    5.2 无线传感器网络节点实验系统硬件设计57-59

    5.2.1 无线传感器网络发送节点电路设计57-58

    5.2.2 无线传感器网络接收终端电路设计58-59

    5.3 无线传感器网络节点实验系统软件设计59-63

    5.3.1 无线传感器网络发送节点软件设计59-61

    5.3.2 无线传感器网络接收终端软件设计61-63

    5.4 无线传感器网络发送节点供电实验63-64

    5.5 本章小结64-65

    第6章 结论与展望65-67

    6.1 结论65-66

    6.2 展望66-67

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