已入深夜,您辛苦了!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,伴您度过漫漫科研夜!祝你早点完成任务,早点休息,好梦!

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
刚刚
任迷迷完成签到 ,获得积分10
刚刚
4秒前
4秒前
打打的应助被baibaibai采纳,获得10
4秒前
爱笑幻莲完成签到,获得积分10
5秒前
Hanna完成签到,获得积分20
5秒前
lazyplant完成签到 ,获得积分10
7秒前
aldnoahczy发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
进化又不带我完成签到 ,获得积分10
9秒前
9秒前
大模型的应助被科研通管家采纳,获得10
9秒前
搜集达人的应助被科研通管家采纳,获得10
9秒前
彭于晏的应助被科研通管家采纳,获得10
9秒前
华仔的应助被科研通管家采纳,获得10
9秒前
9秒前
酷波er的应助被科研通管家采纳,获得10
9秒前
无花果的应助被科研通管家采纳,获得10
10秒前
lx的应助被科研通管家采纳,获得20
10秒前
10秒前
打打的应助被科研通管家采纳,获得10
10秒前
10秒前
丘比特的应助被wwwww采纳,获得10
10秒前
v0id的应助被科研通管家采纳,获得10
10秒前
思源的应助被科研通管家采纳,获得10
10秒前
10秒前
11秒前
Akim的应助被科研通管家采纳,获得10
11秒前
顾矜的应助被水博士采纳,获得10
11秒前
脑洞疼的应助被科研通管家采纳,获得10
11秒前
11秒前
11秒前
赘婿的应助被科研通管家采纳,获得20
11秒前
dd发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
qixu123发布了新的文献求助10
12秒前
canglang完成签到,获得积分20
13秒前
摇一摇发布了新的文献求助10
14秒前
15秒前
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
Encyclopedia of Modern Artificial Intelligence 1000
Особенности технологий и методов информационно-психологических войн СССР с Великобританией и США в период 1939-1953 гг 1000
Das Matthäusevangelium: Kapitel 1:1–17 1000
IRTSD: Open-Source Data and Toolset for Electromagnetic Transient Analysis of Disturbances and IBR Control Malfunctions in Transmission Systems 1000
Analyses de reconnaissances de dettes passées devant les échevins d'Ypres (1249-1291) 600
拉伸高分子熔体中缠结行为的模拟和小角中子散射研究 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8135774
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9537046
关于积分的说明 21620890
捐赠科研通 7718546
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3419628
关于科研通互助平台的介绍 2544932
邀请新用户注册赠送积分活动 2461298