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
21秒前
Audery发布了新的文献求助10
24秒前
SciGPT应助kakarot采纳,获得10
32秒前
喜悦的小土豆完成签到 ,获得积分10
34秒前
CJY完成签到 ,获得积分10
46秒前
Perry完成签到,获得积分10
49秒前
种下梧桐树完成签到 ,获得积分10
53秒前
1分钟前
zyjsunye完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
如果完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
Sunny完成签到,获得积分10
2分钟前
共享精神应助杰尼龟006采纳,获得10
2分钟前
2分钟前
杰尼龟006发布了新的文献求助10
2分钟前
2分钟前
MIMI发布了新的文献求助10
2分钟前
yan完成签到,获得积分10
2分钟前
yudada完成签到 ,获得积分10
2分钟前
KINGAZX完成签到 ,获得积分10
3分钟前
3分钟前
Jerry应助科研通管家采纳,获得10
3分钟前
3分钟前
田様应助杰尼龟006采纳,获得10
4分钟前
4分钟前
杰尼龟006发布了新的文献求助10
4分钟前
两个榴莲完成签到,获得积分0
4分钟前
4分钟前
5分钟前
TPolymer完成签到,获得积分10
6分钟前
章铭-111完成签到 ,获得积分10
6分钟前
YH完成签到,获得积分10
6分钟前
androabo发布了新的文献求助10
6分钟前
酷波er应助杰尼龟006采纳,获得10
6分钟前
zzgpku完成签到,获得积分0
6分钟前
波西米亚完成签到,获得积分10
7分钟前
7分钟前
杰尼龟006发布了新的文献求助10
7分钟前
研友_VZG7GZ应助材料虎采纳,获得10
7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
Introduction to Helicopter and Tiltrotor Flight Simulation, Second Edition 2500
Developing Genetic Editing Tools for Lysobacter 2000
卤化钙钛矿人工突触的研究 2000
Моделирование процессов самоорганизации в кристаллообразующих системах 1000
History of U.S. Space Surveillance and Satellite Cataloging 1000
Malcolm Fraser : a biography 700
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 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6512236
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8305704
关于积分的说明 17741297
捐赠科研通 5613779
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2923734
邀请新用户注册赠送积分活动 1900934
关于科研通互助平台的介绍 1762665