面向车辆动态监测的低频振动能量收集器

摘要

在环境中捕获宽带随机振动能量为车辆上的各类传感器和监控设备供电是一种潜在的有效途径。然而，传统能量采集器难以实现稳定的输出，这给能量管理电路的设计带来了挑战。提出了一种面向车辆动态监测的低频振动能量收集器，包括配重单元、齿轮箱和发电机组成。配重单元有效感知低频微弱振动，通过齿轮箱的内嵌和外嵌收紧储能系统实现能量储存与释放，最终由发电轮系实现能量的定量释放，从而实现振动能向电能的高效转化，为传感系统提供持续供电。实验表明，该采集器能够有效采集3～18 Hz范围内的宽频振动，在谐振频率为6 Hz时，采集器单次释放的最大平均功率为34.9 mW，输出能量为58 mJ，能将22 mF的电容在100 s内充电至10.95 V。此技术在车辆运行过程中能够高效收集低频振动能量，对微能源采集技术的发展具有深远的指导意义。

关键词

低频随机振动 / 宽频振动 / 定量释放 / 能量采集器 / 动态监测系统

基金资助

国家自然科学基金资助项目(62171414,52175554)