清晨好,您是今天最早来到科研通的研友!由于当前在线用户较少,发布求助请尽量完整地填写文献信息,科研通机器人24小时在线,伴您科研之路漫漫前行!

A multi-stable ultra-low frequency energy harvester using a nonlinear pendulum and piezoelectric transduction for self-powered sensing

钟摆 振动器 控制理论(社会学) 振荡(细胞信号) 悬臂梁 非线性系统 声学 物理 能量收集 功率(物理) 工程类 振动 机械工程 计算机科学 结构工程 生物 人工智能 量子力学 控制(管理) 遗传学
作者
Hailing Fu,Jingjing Jiang,Sijung Hu,Jing Rao,Stephanos Theodossiades
出处
期刊:Mechanical Systems and Signal Processing [Elsevier BV]
卷期号:189: 110034-110034 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.ymssp.2022.110034
摘要

This paper presents the design, theoretical modelling and experimental validation of a quad-stable energy harvester for harnessing ultra-low frequency random motions using a nonlinear pendulum and piezoelectric transduction. The multi-stable pendulum is created by the magnetic forces between magnets on the pendulum and a tip magnet on a piezoelectric cantilever beam. Two attractive and one repulsive magnetic forces in combination with the gravitational force of the pendulum create multiple stable positions for the pendulum. The multi-stable dynamics allow the pendulum to effectively convert low-frequency random kinetic motions from the host, e.g. human motion or wind turbine tower oscillation into the pendulum oscillation, enabling effective plucking of the piezoelectric beam with enhanced output power. A theoretical model, including the magnetic interaction, piezoelectric conversion and pendulum dynamics, is established to describe the electromechanical dynamics of the whole harvester. A prototype is fabricated and tested on a linear shaker at ultra-low frequencies (1–3 Hz) to showcase the capability of the harvester and to validate the theoretical results. Around 8 μW Root-Mean-Square output power was obtained at 2.5 Hz and 0.8 g of excitation. Using the experimentally validated theoretical model, a parametric study was carried out to examine the influence of different structural and operating parameters, such as pendulum mass and length, magnetic coupling strength, excitation frequency and amplitude, on the output power and operating frequency range of the energy harvester. The operation frequency range and output power can be effectively adjusted by changing the above-mentioned parameters. The self-powered sensing capability is then illustrated by integrating the harvester with an off-the-shelf power management circuit and a 22 μF storage capacitor. The capacitor was charged from 2.8 V to 4 V in 90 s, showing its capability of implementing battery-free wireless sensing for different Internet of Things (IoT) applications.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Criminology34应助Singularity采纳,获得20
3秒前
俊逸沅完成签到,获得积分10
4秒前
畅快的火龙果完成签到 ,获得积分10
16秒前
瘦瘦不乐完成签到,获得积分10
18秒前
雪山飞龙发布了新的文献求助10
24秒前
Singularity完成签到,获得积分0
1分钟前
烟花应助AdamJie采纳,获得10
1分钟前
小蘑菇应助AdamJie采纳,获得10
1分钟前
Re完成签到 ,获得积分10
1分钟前
张欢馨应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
songliyan完成签到 ,获得积分10
1分钟前
AdamJie完成签到,获得积分10
1分钟前
Sc完成签到,获得积分10
1分钟前
剁辣椒蒸鱼头完成签到 ,获得积分10
1分钟前
luluyuan2010完成签到,获得积分10
2分钟前
嗯嗯完成签到 ,获得积分10
2分钟前
muriel完成签到,获得积分0
2分钟前
冷静的尔竹完成签到,获得积分10
2分钟前
排骨大王完成签到 ,获得积分10
2分钟前
小白龙完成签到 ,获得积分10
3分钟前
swayqur完成签到,获得积分10
3分钟前
creep2020完成签到,获得积分0
3分钟前
菜菜完成签到,获得积分0
3分钟前
珈沐完成签到,获得积分10
3分钟前
Axel完成签到,获得积分10
3分钟前
淡然的冬瓜完成签到,获得积分10
3分钟前
e746700020完成签到,获得积分10
3分钟前
CodeCraft应助swayqur采纳,获得30
3分钟前
热带蚂蚁完成签到 ,获得积分0
3分钟前
3分钟前
chuanan发布了新的文献求助10
3分钟前
纪靖雁完成签到 ,获得积分10
3分钟前
波西米亚完成签到,获得积分10
3分钟前
3分钟前
zwhy579完成签到 ,获得积分10
3分钟前
chuanan完成签到,获得积分10
3分钟前
田心发布了新的文献求助10
3分钟前
weihe完成签到,获得积分10
3分钟前
隐形友蕊完成签到,获得积分10
3分钟前
Gary完成签到 ,获得积分10
4分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Autoparametric Resonance in Mechanical Systems 1000
Effects of Two Weeks of Red Light Therapy on Choroidal Thickness and Axial Length in Young Adults 700
Cosmos as Art Object: Studies in Plato's Timaeus and Other Dialogues 600
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
the fractional Laplacian 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7667895
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9236684
关于积分的说明 19880845
捐赠科研通 7237123
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3284023
关于科研通互助平台的介绍 2442936
邀请新用户注册赠送积分活动 2285536