超声液体环境下压电式振动能量采集的研究

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压电振动能量捕获装置研究

２１０２年５月中国制造业信息化
第４卷ｌ
第９期
综上所述，对于两轴同步转过ｏ角后，ｋ最终在
ＸＯＹ平面上所得到的点的坐标可表示为：
的轴偏差ｏｏ，与角偏差ａ。，
｛（ｌｒＯ＂ｋ＝ｓｋ；ｋＹ）Ｃ一Ｏ－ｉｎＳｏ（
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［］李建中，１高宏．无线传感器的研究进展［］计算机研究与Ｊ．
［］ＳｅｅＨｎｙＡＳＡｅｉｏｏｒｈｒｅｔｇｕｉ２ｔｖｎＲＡ，ｅｒｒｖｅｆｐｗｅａｖｓｉｓｇｗｎｎｐｅｏｌｔｃｔｒｌＪ．ＳｒＭａｅｉｓａｄＳｒｃｕｅ，０７ｉｅｃｒｅｉｓｍａｔｔａｎｔｕｔｒ２０ｚｅｉｍａａ［Ｊｒｌｓ

压电能量收集技术的研究现状与发展趋势

压电能量收集技术的研究现状与发展趋势
徐诗友;吴晟霖;庞珊;王如意
【期刊名称】《微纳电子技术》
【年(卷),期】2024(61)2
【摘要】综述了压电能量收集技术的国内外发展现状,从压电材料、机械结构和电路设计等方面的研究动态和进展进行了分类和阐述。

重点分析了压电能量收集装置机械结构的优化方法,并对基于上变频转换法、多模态法、频率调谐法、多方向振动能量收集法和非线性法等不同种类机械结构优化方法的能量收集器的优缺点进行了对比。

此外,还分析了数字开关控制电路和芯片集成控制电路在电路设计方面的优化方案。

最后,结合目前压电能量收集技术存在的问题,在压电材料性能的提升、能量收集器机械结构的优化、能量收集器电路结构的优化以及混合能量高效收集等四个方面的技术创新点的基础上,对压电能量收集技术未来的发展趋势和发展重点进行了展望。

【总页数】18页(P36-53)
【作者】徐诗友;吴晟霖;庞珊;王如意
【作者单位】广州理工学院智能制造与电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM619
【相关文献】
1.微型压电能量收集器的研究现状和发展趋势
2.压电振动能量收集装置研究现状及发展趋势
3.射频能量收集技术研究现状及未来发展趋势
4.压电式人体能量收集技术的研究现状
5.人体能量采集与存储研究科技现状及未来发展趋势——评《能量收集技术》
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压电式振动能量采集装置研究进展

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压电式振动能量采集装置研究进展
作者：李金田文玉梅
来源：《现代电子技术》2011年第18期
摘要：压电振动能量采集装置具有结构简单，能量密度高，寿命长等优点，在无线传感器网络、嵌入式系统和MEMS等低耗能电子设备自供电方面具有广阔的应用前景。

针对提高振动能量采集能力和采集效率2个目标，根据设计压电振动能量采集装置的关键技术，从压电材料、压电元件工作模态、压电振子结构、振动支撑结构和共振频率调节方法等方面对压电振动能量采集装置的国内外研究现状进行了详细论述，指出了压电振动能量采集装置的研究前景。

基于压电技术的振动能量收集器的研究分析牛进才

基于压电技术的振动能量收集器的研究分析牛进才作者：刘文慧来源：《赤峰学院学报·自然科学版》2019年第02期摘要：以压电技术为原理设计的振动能量收集系统，将环境中广泛存在的振动能量收集起来，为无线传感器网络的供电方式提供了一种有效途径.本文研究了国内外基于振动方式的能量回收系统电路，并对这些电路进行了仿真分析比较.关键词：自供式电源;压电技术;振动能量系统;接口电路中图分类号：TN712.5; 文献标识码：A; 文章编号：1673-260X（2019）02-0022-04随着“物联网+”和人工智能的快速发展，无线传感器网络技术得到广泛应用.而无线传感器网络技术的一个重要因素就是其供电问题.若采用常规电源为无线传感网络供电，必须定期对电源进行更换维护，且物联网中节点数较多，维护起来较为繁琐.自供式电源为无线传感器网络的供电问题提供了一种有效的解决方案.自然界中存在各种形式的能源，例如太阳能，风能，热能，振动能等.不同能量的密度不同，虽然振动能量的回收功率仅有微瓦或毫瓦级，但可以满足微功耗系统以及无线传感网络的电源需求.1 振动能量的收集装置能够收集振动能量的装置种类较多，根据振动电源所需的能量来源途径以及收集方式的不同，可将其分为静电式、电磁式和压电式等.静电式电源利用静电效应，将机械振动的能量转变成电能，但其需要外部电源来维持系统工作.当静电式收集装置在搜集振动能量时，先有外部电源对其电容进行充电.当振动源发生振动时，电容储存的电荷发生移动，进而在收集装置内部形成电流，为外部负载提供电能.由于静电式需外部电源，因此限制了其在无线传感网络领域的应用.电磁式收集装置利用法拉第电磁感应原理进行能量的收集.感应电动势的大小与磁通对时间的变化率成正比，线圈匝数和电磁频率影响感应电动势的大小.增大线圈匝数，则回收装置系统的体积也相对增大，且振动源的振动频率分布范围较.若将回收装置放在低频的振动源中，此时回收装置输出的电压较小，不能驱动无线传感器网络的工作.且电磁式收集装置容易受到电磁干扰，限制了其在无线传感器网络的应用.压电式能量回收器是利用压电材料进行能量收集.当压电片受力时，压电材料发生形变并在其内部产生电场，压电片发生极化效应，此时压电片表面形成极性相反的电荷.当振动源的振动力消失时，压电片又恢复原来不带电状态.在振动力的作用使附在压电材料表面的电荷间距减小，极化强度变小，此时若有导线连接，电荷就会沿着导线定向移动.在此过程中，利用压电材料将振动能转化成电能，进而为低功耗无线网络供电.压电式能量回收器具有能量密度较高，不受电磁干扰，回收器装置结构简单等优点，因此可将其作为无线传感网络电源的一种有效方式.2 振动能量回收系统的设计为低功耗无线网络提供电源，要求能量回收系统高效地提取压电材料从振动源俘获的能量，而且还要满足负载系统的功率要求.因此在系统设计时不仅要保证收集系统自身损耗较低，而且还需要从复杂的振动源里面俘获更多的能量，同时高效率地为负载系统供电.为了满足上述指标，首先对能量回收系统的发电装置进行优化设计，使能量收集器以最大功率从振动源获取能量;其次对能量回收系统的接口电路进行设计，尽可能将压电材料获取的振动能高效地提供给负载;其次要满足能量收集器能够为负载提供足够的功率，同时还要保证设计的能量收集系统自身损耗较低.传统的压电片是由压电陶瓷（Piezoelectric ceramic transducer，PZT）做成，压电陶瓷具有较大的压电常数，适合做能量收集器的发电装置材料.但其在振动源受到较大的机械振动时，压电陶瓷容易碎裂，因此限制了其在能量回收系统的利用.随着高分子材料的发展，利用柔性更大的压电材料聚偏氟乙烯制作成压电片（Polyvinylidene fluoride，PVDF）.相对于压电陶瓷，PVDF有着更好的柔性，在高频和压力下获取的能量更多，可利用时间更长，压电片的阻抗更小，质量较轻[1].Sun和Qin等学者用新型复合材料驰豫型铁电体PMN-PT做成压电片，经过大量实验证明用PMN-PT作为能量收集系统的发电装置，压电片也可以输出较高的电压和功率[2].影响能量收集装置的因素不仅与收集装置的材料有关，而且与采集装置的结构相关.目前压电式能量采集装置的结构主要有悬臂梁、简支梁，矩形梁以及圆形和钹型结构等.悬臂梁结构的压电片应用较早，其主要优点为：压电片结构简单，制造方便;有利于降低悬臂梁的自振频率，使采集装置在振动源更容易发生共振，提高采集装置的俘获能量的能力.除悬臂梁的结构外，还可以采用圆形和钹型结构等来设计能量收集装置.当压电片受到振动源的压力时，由于采集装置设计成圆盘形结构，其受力相对于其他结构来说，圆盘形面积受力更加均匀，能量采集装置可以更为有效俘获振动源的能量，提高收集能量的效率.压电装置的工作状态影响采集装置俘获的能量，目前压电装置的有效工作状态主要有d31转换模式，这种转换模式是振动方向与极化方向处于垂直状态.Roundy等人对d31转换模式通过大量实验研究发现，d31模式下的机电耦合系数较高，在低频振动下，利用压电材料能够俘获更多的振动能.d31转化模式的材料结构更容易制作，其系统的固有频率较低，适合于在振动源频率低的环境中应用.d33转换模式也是压电装置的一种有效工作状态，其特点有：当振动源对压电材料施加压力时，压电材料发生形变的作用力方向与极化方向相同;d33模式与d31模式相比，d33模式的机电耦合系数更大，俘获振动源的能量更多，其将机械能转化成电能的效率更高.3 振动能量收集器的电路设计分析3.1 经典采集电路由于环境中的振动源比较复杂，振动频率的范围较大，压电片受到的压力波动较大，高效和适应范围广的能量回收系统接口电路很难实现.因此在设计能量回收系统的接口电路时，首先建立起压电片的等效电路模型，然后根據振动源的物理特性来设计高效的能量收集器.Ottman和Hofmann等学者经过实验发现可以将压电片的模型等效为一个交流电流源和一个电容的并联[3]，如图1所示.经典的能量回收系统的接口电路如图2所示，接口电路有四个二极管构成一个全波整流电路，四个二极管交替导通，当压电片两端电压大于二极管的导通电压时，对电容Cr充电获取电能，同时对负载供电.若选择合适的电容Cr，当压电片电压较小时，电容Cr将会对负载供电.对接口电路进行仿真分析，得出负载和频率的功率关系如图3-4所示.由此可以看出，经典的振动能量回收系统的功率与负载有关，且随着负载变化先增大后减小.说明能量回收系统存在一个最大功率负载，且功率随着频率的增大下降较快.然而环境中振动源的频率范围较广，低功耗无线传感器阻抗范围波动较大，因此传统的接口电路并不能适应实际的物联网电源需求.3.2 同步电荷提取电路文献[4]设计了一种新型的接口电路，同步电荷提取电路（Synchronous charge extraction circuit，SCE），电路图如图5所示.当压电片两端电荷达到最大值时，闭合开关S1A，此时可将压电片的电荷转移至电感上，当压电片的电荷全部转移至电感时断开开关，此时电感对滤波电容C1充电，实现对负载供电.在电感对Cr充电时要保证充电时间小于压电片的积累电荷的时间，即小于机械振动周期.对同步电荷提取电路进行仿真，其仿真结果如图6-7所示，从图中可知将同步电荷提取电路用作接口电路时，能量收集系统得到的功率随负载变化波动较小，且获得的功率数值是经典接口电路的2倍，因此同步电荷提取电路适合做接口电路.但其也有一些弊端，当振动源的频率波动较大时，同步电荷提取电路收集的能量波动较大，且此接口电路需要脉冲信号控制系统对压电片的电荷积累和提取进行控制，不适用于做自供电式的电源.基于上述原因文献[5]对经典的同步电荷提取电路进行了改进，如图8所示.改进型的同步电荷提取电路工作状态共分为四个阶段：第一阶段，电流经过晶体管Q1，D2正向对电容C1，C2充电;第二阶段，当压电片受到反向压力时，电容C1两端电压降低，晶闸管D1，D2反向截止不能对电容C2充电;第三阶段为能量提取阶段，电容C2与晶闸管D1，电感L2，晶体管Q4构成LC振荡电路，当电容C1经过1/4LC振荡周期时，电容C2经过D4，D1，Q2，Q4放电，此时L2储存能量较大，C2经过放电之后两端电压不能使Q2，Q4导通;第四阶段L2经过二极管D5，把能量存储到C4供给负载.负载获取的能量是标准提取电路的3倍，且不需要额外的控制电路，为自供电式电源的设计提供了一种有效的途径.3.3 并联电感同步收集电路Guyomar和Badel等人建立了并联电感同步收集电路（Synchronized Switch Harvesting on Inductor，P-SSHI）如图9所示[6]，电路中压电片并联电感和开关后与整流电路连接，当压电材料受到振动源的最大压力时，开关闭合，电感发生LC振荡，开关经过半个振荡周期后断开.此时电流桥处于截止状态，当振动源对压电片的压力达到一定程度时，整流桥导通，压电片开始对滤波电容C1和负载充电.对P-SSHI电路仿真结果如图10-11所示，并联电感同步开关电路作为接口电路时，获得的功率比经典接口电路和同步电荷接口电路高，但其需要脉冲控制，且随着频率的波动，收集功率也会波动.因此原始的并联电感同步开关接口电路也不适合自供式的振动能量收集器.文献[7-8]对并联电感同步开关接口电路进行了改进，称之为自供电式接口电路，如图12所示.此接口电路由三部分组成：第一部分主要是由壓电材料和外围电路的控制电路开关MOS 管组成，用于收集振动源的能量;第二部分主要是由异或门和放大器搭建的控制电路，控制电路接入了两个二阶RC电路，再由异或门电路搭建的数字电路连接RC电路，将压电片输出的电压进入异或门的输入，将输出的电压作为同步开关的控制电压.从异或门输出的即为同步开关的控制电压，此控制电路避免了外部电源供电;第三部分是由电容C5，二极管D6-D8组成的直流供电部分，为负载供电.自供电式同步开关控制接口电路能够有效提高输出功率，且不需要外部电源.4 结束语本文研究分析了基于压电方式的振动能量收集系统的设计过程.首先介绍了振动能量收集器在低功耗无线传感器技术的应用前景，然后研究分析了能量收集系统的发电装置和接口电路.对国内外振动能量收集器的接口电路，进行了仿真分析，重点分析负载和频率对功率的影响.振动能量收集系统的功率随着负载的变化发生变化，能量收集系统存在一个最优负载，且收集系统对负载提供的功率受振动源频率的波动较大.目前适用于复杂振动源的振动收集装置尚在研究之中，且经典的接口电路不能广泛适用实际的复杂振动源.要针对环境中具体的振动源的特性，通过改进各种经典的接口电路来设计振动能量收集器，才能广泛应用到低功耗的无线传感网络.参考文献：〔1〕Churchill D L， Townsend C P， Arms S W. Strain energy harvesting for wireless sensor networks[J]. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering， 2003，5055：319-327.〔2〕Sun C， Qin L， Li F， et al. Piezoelectric energy harvesting using single crystal Pb （Mg1/3Nb2/3）O 3-xPbTiO3 （PMN-PT） Device[J]. Journal of Intelligent Material Systems & Structures， 2009， 20（5）：559-568.〔3〕Ottman G K， Hofmann H F， Lesieutre G A. Optimized piezoelectric energy harvesting circuit using step-down converter in discontinuous conduction mode[C]// Power Electronics Specialists Conference， 2002. Pesc 02. 2002 IEEE. IEEE， 2002：1988-1994.〔4〕Lefeuvre E， Badel A， Richard C， et al. A comparison between several vibration-powered piezoelectric generators for standalone systems[J]. Sensors & Actuators A Physical，2006， 126（2）：405-416.〔5〕屈凤霞，夏银水，施阁，等.自供电的同步电荷提取电路的优化设计[J].传感技术学报，2016，29（3）：349-355.〔6〕Guyomar D， Badel A， Lefeuvre E， et al. Toward energy harvesting using active materials and conversion improvement by nonlinear processing.[J]. Ultrasonics Ferroelectrics & Frequency Control IEEE Transactions on， 2005， 52（4）：584-595.〔7〕Mitcheson P D， Yeatman E M， Rao G K， et al. Energy Harvesting From Human and Machine Motion for Wireless Electronic Devices[J]. Proceedings of the IEEE， 2008， 96（9）：1457-1486.〔8〕張淼，孟庆丰，王宏金.自供电式并联电感同步开关压电能量收集电路实现方法研究[J].振动与冲击，2015，34（9）：120-124.。

基于压电效应的振动能量采集技术研究与应用

基于压电效应的振动能量采集技术研究与应用振动能量采集技术是近年来新兴的能量采集技术之一，它可以将机械振动能转换为电能，用于供电。

传统的机械振动能量采集技术存在着运动部件易损坏、一般工况下效率较低等问题，因此开发一种高效且具有良好可靠性的振动能量采集技术尤为重要。

本文将介绍一种基于压电效应的振动能量采集技术及其在工业、医疗行业中的应用。

压电效应是压力作用下某些晶体（如石英、氧化锆）产生电荷的现象。

这种电荷的大小与作用在其表面上的力的大小成正比。

基于此原理，压电效应被应用于振动能量转换。

这种振动能量采集技术主要包括振动能量收集、电路能量转换和电池储存三个方面。

首先是振动能量的收集。

振动能量可以通过杆、弹簧和干涉型等不同结构的振动力传感器进行收集。

其中，干涉型振动力传感器具有更高的灵敏度和更宽的采集范围。

该传感器由两个压电陶瓷构成，当受到振动力时，两个压电陶瓷之间会发生形变，从而产生电荷。

这种传感器可以将较小的振动力转换成电信号，并输出到接收电路中。

接下来是电路能量转换。

振动能量在传感器中产生的电信号非常微小，因此需要进行放大和滤波。

接收电路一般由放大器、整流器和能量管理电路组成。

放大器可以将电压放大几倍，整流器将交流电转变为直流电，能量管理电路则可以将转换后的电能存储在电池中。

最后是电池储存。

振动能量采集技术的最终目的就是通过将机械能转换为电能，完成设备的供电。

因此需要将采集到的电能进行储存并应用到实际的设备中。

常用的储能器件有电容器、铅酸蓄电池和锂离子电池等。

不同的储能器件具有不同的特性，需要根据具体的需要进行选择。

基于压电效应的振动能量采集技术不仅可以用于一些较小的电子设备，如手表、遥控器等，还能应用于一些大型的设备上。

例如，振动式微动器（MEMS）需要应用在一些对电池寿命要求较高的设备中，使用机械振动能量采集技术可以避免频繁更换电池的问题。

此外，振动能量采集技术还广泛应用于制药、医疗、无线传感器网络等领域。

基于压电振动的人体能量采集技术研究综述

基于压电振动的人体能量采集技术研究综述魏胜;胡泓【摘要】阐述了人体各项运动的特性及其所能产生的动能,并从能量收集装置的结构设计、动能的来源、实现方法和性能等方面系统地综述了当前国内外利用压电振动采集人体运动能的主要研究成果,并对后续研究和发展方向提出了展望和预测.【期刊名称】《机械与电子》【年(卷),期】2018(036)010【总页数】6页(P67-72)【关键词】压电;振动;能量收集;人体运动【作者】魏胜;胡泓【作者单位】深圳职业技术学院机电工程学院,广东深圳518055;哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院,广东深圳518055【正文语种】中文【中图分类】TK60 引言无源供电方式可有效促进低功耗微电子设备和无线网络节点的发展。

传统的电池供电具有寿命有限，维护和更换成本高等缺点，而利用能量收集装置将环境中的动能转换为电能的技术和方法成为研究热点，成为解决可替代能源问题的关键技术之一。

另外，人们对身体健康的要求也促使用于健康监测的可穿戴智能设备或传感器迅速发展起来，而将人体运动能转换为电能并给可穿戴智能设备供电也引起了研究者的极大兴趣。

压电材料在外力的作用下会产生正压电效应，从而产生电能，而利用压电振动产生电能的装置称为压电能量收集器(PEH),其具有功率密度大、结构简单等特点。

在此，首先从运动科学领域阐述了有关人体运动特性的研究，包括频率、加速度和动能等，然后从实验原型结构设计、动能的来源、实现方法和性能等方面系统地综述了当前国内外利用压电振动采集人体运动能的主要研究成果，并对后续研究和发展方向提出了展望和预测。

1 人体运动特性最早有研究者在其文献中对人体日常各项运动如上肢运动、自然呼吸、步行等所能产生的机械能进行了比较研究[1]。

其中步行运动所产生的动能可达60 W。

同时，也从转换效率的角度对生物机械能转换为电能的可靠性进行了评估和分析。

Yun等人研究了各类便携式微电子设备工作状态所需的平均功率[2]，如定位芯片的平均能耗约为15 mW，而MP3芯片的能耗仅为58 mW。

基于压电材料的振动能量采集技术研究与设计

基于压电材料的振动能量采集技术研究与设计振动能量采集是一种能够将环境中的振动能量转化为电能的技术。

基于压电材料的振动能量采集技术，作为一种非常有效的能量收集方式，在能源领域和无线传感器网络中得到了广泛的研究和应用。

压电材料是一类能够产生电荷变化的晶体材料，在外加力或振动的作用下显示出压电效应。

常用的压电材料包括铅酸锌、二硼酸钠等。

基于压电材料的振动能量采集技术的原理是将振动能量转化为机械能，然后通过压电材料的压电效应将机械能转化为电能。

在振动能量采集技术中，压电材料起到了至关重要的角色。

它们能够将外界的振动能量转化为电能，从而为无线传感器网络等设备提供能源。

举例来说，压电材料可以被应用于道路上的车辆行驶时产生的振动能量的采集，以供照明设备运行。

此外，基于压电材料的振动能量采集技术还可以应用于人体健康监测、环境监测以及智能结构中的能量供给等领域。

在设计基于压电材料的振动能量采集技术时，需要考虑以下几个关键因素。

首先，合适的振动源选择是设计成功的关键。

振动能量采集的效率受到振动源特性的影响，因此选择适合特定应用场景的振动源非常重要。

例如，在交通道路上，车辆的振动源可以被采用，而在建筑结构中，风吹位移或地震等振动源也可以用于能量采集。

其次，需要选择合适的压电材料。

不同的压电材料具有不同的性能和优缺点，因此在设计中需要根据实际需求选择适合的压电材料。

一些性能指标需要考虑的包括材料的压电系数、机械耐久性、温度特性等。

接下来，需要设计合理的能量转换和集成电路电路。

将机械能转化为电能需要设计合适的能量采集电路。

此外，考虑到能量转换的效率和稳定性，集成电路的设计也至关重要。

在进行基于压电材料的振动能量采集技术研究时，还需要解决以下几个挑战。

首先，振动能量的低频特性限制了能量转换效率。

传统的振动能量采集技术在低频范围内往往效果不佳，因此需要开展更深入的研究来提高低频振动能量的转换效率。

其次，振动能量的变化和不稳定性可能导致能量采集系统的失效。

压电式超声波换能器的工作原理

压电式超声波换能器的工作原理压电式超声波换能器在现代科技领域中可是个相当重要的角色呢。

咱们先得了解一下什么是压电效应呀。

压电材料是这种换能器的核心部分，它有一种很神奇的特性。

当对压电材料施加压力的时候，它的表面会产生电荷，这就叫做正压电效应。

你可以想象一下，就好像是材料在受压的时候“喊出”了电荷一样，很有趣吧？比如说，在某些精密的传感器中，当有微小的压力变化时，压电材料就能准确地将这种压力转化为电信号，从而实现对压力的精确测量。

那反过来呢，当在压电材料两端施加电场的时候，它会发生形变，这就是逆压电效应。

这就像是材料在电场的“指挥”下开始“跳舞”，改变自己的形状。

这两种效应可是压电式超声波换能器工作的基础哦。

接下来就说说它在超声波方面的工作原理啦。

在换能器中，当我们给压电材料施加一个高频的交流电信号时，由于逆压电效应，压电材料就会快速地发生周期性的伸缩振动。

这种振动的频率是由我们施加的交流电信号的频率决定的。

如果这个频率在超声波的频率范围之内，那它就产生了超声波振动。

这个振动的过程就像是一个小小的振源，它会带动周围的介质一起振动。

比如说在液体介质中，这种振动会形成疏密相间的波，也就是超声波在液体中的传播形式。

而且呀，这种振动的能量会以超声波的形式向周围传播出去。

当超声波遇到物体的时候，就会发生反射、折射等现象。

如果是在一些检测或者测距的应用中，反射回来的超声波被换能器接收。

这时候呢，由于正压电效应，反射回来的超声波引起压电材料的振动，从而在压电材料的两端产生电荷，这个电荷信号就可以被检测和处理，从而得到关于反射物体的信息，像距离、形状之类的。

在医疗领域，压电式超声波换能器更是大显身手。

医生利用它发出的超声波穿透人体组织，然后根据反射回来的超声波信号成像。

不同的组织对超声波的反射和吸收特性不一样，所以就能在屏幕上形成清晰的图像，帮助医生诊断疾病。

在工业上，它可以用来检测材料内部的缺陷。

如果材料内部有裂缝或者空洞，超声波在这些地方的反射就会和正常情况不同，通过换能器接收和分析这些反射信号，就能知道材料内部的情况啦。

振动能量回收技术的研究现状及应用

振动能量回收技术的研究现状及应用近年来，振动能量回收技术在各行各业的应用越来越广泛，得到了越来越多人的重视。

振动能量回收技术是指利用机械振动产生的能量，将其回收并转换成电能或其他有用能量的技术。

本文将介绍振动能量回收技术的研究现状及应用。

一、振动能量回收技术的原理振动能量回收技术的原理是将机械振动产生的能量转换成电能或其他有用能量。

机械振动可以通过惯性、压电、磁致伸缩等方式转换成电能，也可以通过压缩空气、液体或气体等方式转换成其他有用能量，如液体动力、压缩空气动力等。

二、振动能量回收技术的研究现状目前，振动能量回收技术已经有了一定的研究成果。

尤其是在振动发电方面的研究，已有一些商业化的产品问世。

1、压电振动能量回收技术压电振动能量回收技术是将机械振动转换成电能的一种方式，它利用压电材料的特性，通过其产生的电荷来转换机械振动能量。

目前，国内外已经有压电振动发电产品问世，包括运动手环、自行车灯等。

2、压缩空气振动能量回收技术压缩空气振动能量回收技术是将机械振动转换成压缩空气动力的一种方式。

它利用机械振动压缩空气的特性，将其转换成压缩空气动力。

压缩空气振动发电技术和气动振动发电技术是该技术的两种典型应用。

3、液体振动能量回收技术液体振动能量回收技术是将机械振动转换成液体动力的一种方式。

它利用机械振动使液体流动的特性，将其转换成液体动力。

液体振动发电技术和水力振动发电技术是该技术的两种典型应用。

三、振动能量回收技术的应用振动能量回收技术的应用非常广泛，包括航天、电力、通讯、交通、医疗等各个领域。

以下是该技术的几个应用案例。

1、交通领域在交通领域，振动能量回收技术主要应用于公路、铁路等交通设施的能量回收。

例如，利用道路废气、车辆振动等能源，制造发电设备从而回收能源。

又如，在火车或地铁等交通工具发出的颠簸中，可以利用压电振动模块，将其中的能量转换成电能，然后通过储存和使用电池和超级电容器来提供电力。

2、医疗领域在医疗领域，振动能量回收技术可以应用于人体节律器。

低频多方向压电振动能量收集技术研究

低频多方向压电震动能量收集技术探究随着能源的紧缺和环保意识的增强，能源收集和利用成为了当前的探究热点。

压电震动能量收集技术凭借其高效、可靠的特点，成为了一种备受关注的能源收集技术。

本文盘绕低频多方向压电震动能量收集技术展开探究，旨在探究其在能源收集领域的应用前景和潜力。

一、低频震动能量收集技术的背景低频震动是指频率在10Hz以下的震动，常见于机械设备、交通工具和自然环境中。

低频震动能量的收集对于提高能源利用效率、延长设备寿命以及实现可持续进步具有重要意义。

二、压电材料的特点及应用1. 压电材料的特点：压电效应是指在将机械力作用于压电材料时，产生相应的电荷和电势差；而反过来，当施加电场时，压电材料会发生形变。

这种特性使得压电材料在能量收集领域具备了良好的应用潜力。

2. 压电材料的应用：压电材料广泛应用于压力传感、能量收集和驱动器件等领域。

特殊是在低频震动能量收集技术中，通过将压电材料应用于能量传递系统中，可以将机械能转化为电能。

三、低频多方向压电震动能量收集技术的原理和方法1. 多方向压电震动能量收集系统：该系统由多个压电震动收集单元组成，每个单元都能够感知不同方向的低频震动，并将其转化为电能。

通过将多个单元串联或并联，可以同时感知多个方向的震动能量。

2. 压电震动能量收集机制：当震动力作用于压电材料时，材料具有压电效应，从而产生电荷和电势差。

通过收集和储存这些电荷和电势差，可以实现能量的捕获和转化。

3. 多方向压电震动能量收集方法：接受压电材料制成的震动传感器，能够感知不同方向的震动并产生相应电荷。

将这些震动传感器放置在设备或结构表面，并通过毗连电路将各个传感器的电荷进行收集和整合。

四、低频多方向压电震动能量收集技术的应用前景1. 能源收集领域：低频多方向压电震动能量收集技术可应用于各种机械设备和交通工具中，通过收集设备或车辆震动能量，提供可再生能源，缩减对传统能源的依靠。

2. 自供电传感器：将低频多方向压电震动能量收集系统应用于传感器中，可以实现对传感器的自供电，缩减电池更换频率，提高传感器的可靠性和持久性。