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从人体行走中收集能量的鞋上压电俘能器
  • ISSN号:1004-924X
  • 期刊名称:《光学精密工程》
  • 时间:0
  • 分类:TK02[动力工程及工程热物理] TN384[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安710071
  • 相关基金:陕西省自然科学基础研究计划资助项目(No.2015JM5193); 国家自然科学基金资助项目(No.51205302)
中文摘要:

设计了一种安装在鞋上的压电俘能器(PEH),用于收集人体行走时产生的能量。该俘能器由4根压电悬臂梁和1个弹簧-质量系统组成。弹簧-质量系统能够感知沿径骨轴的加速度激励,并通过磁耦合驱动压电梁振动从而发电。文中通过拟合实验数据获得加速度信号表达式;然后,建立仿真模型,对俘能器的发电性能进行了仿真分析。最后,加工了实验样机,并实验测试了俘能器的发电性能。结果表明,当受到沿胫骨方向的激励时,压电梁在一个步态周期内可被弹簧-质量系统激励多次从而产生多个峰值电压;受到沿胫骨和脚面两个方向激励时,压电梁的发电性能比只受到单一方向激励时好。当步行速度为2~8km/h时,每根压电梁的峰值电压可达到10V。该俘能器能够从人体行走的超低频运动中收集能量,并能够同时收集两个方向的加速度能量,提高了压电梁的发电性能。

英文摘要:

A shoe-mounted piezoelectric energy harvester was designed to collecting energy from human walking. This energy harvester comprises of four piezoelectric cantilever beams magnetically coupled with a spring-mass system. The spring-quality system could sense the acceleration excitation along a radial bone shaft and generate electricity through the magnetic coupling driving a piezoelectric element. The expression of acceleration signals was obtained by fitting the experimental data. And then, a simulation model was established to simulate the power generation performance of the energy harvester. Finally, a prototype was also fabricated and its performance was verified by an experimental test. The results indicate that the four beams could be triggered several times by the spring-mass system within one step when the energy harvester is excited by the acceleration along the tibial axis, and several piezoelectric beam voltage outputs could be obtained. Furthermore, the power- generating capacity of the piezoelectric beam excited by the coupled accelerations is always better than that excited by the single direction acceleration. When walking speed ranges from 2 km/h to 8 km/h, the peak voltage output from each beam is as large as 10 V. The piezoelectric energy harvester collects the energy f by accelerat improved gr rom human walking in low frequency and the ions comes from two orthogonal directions, eatly. superposition of voltage outputs generated so that the power-generating capacity is improved greatly.

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期刊信息
  • 《光学精密工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会
  • 主编:曹健林
  • 地址:长春市东南湖大路3888号
  • 邮编:130033
  • 邮箱:gxjmgc@sina.com;gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 电话:0431-86176855 84613409传
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-924X
  • 国内统一刊号:ISSN:22-1198/TH
  • 邮发代号:12-166
  • 获奖情况:
  • 三次获得“百种中国杰出学术期刊”,2006年获得中国科协择优支持基金,2007年获“吉林省新闻出版精品期刊奖”,2008年获“中国精品科技期刊”,2012年《光学精密工程》看在的3篇论文获得中国百...,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:22699