基于磁控形状记忆合金振动能量采集的初步研究

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:chsmfzh
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随着无线传感器网络、无线通信技术以及微机电系统的不断发展,与之相关的微能源供电系统得到人们更多的关注,机械振动能量广泛存在于自然界中,研究表明,利用磁控形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy, MSMA)的逆效应可以将自然界中的振动能量转换为电能,实现对无线传感器网络和微机电系统的供电。为此,本文针对磁控形状记忆合金振动能量采集装置及其能源管理电路进行了研究。首先分析了磁控形状记忆合金振动能量采集原理,利用MSMA试验系统研究在外力和磁场共同作用下产生感应电压的可行性,设计了振动能量采集装置。为确保结构设计的合理性,文中采用有限元分析软件对所设计的系统进行仿真验证,并给出了振动电机输入应力与输出电压的数学关系。其次,为了提高能源管理电路对振动能量的存储能力及存储效率,尽可能向负载提供最大能量,对振动能量采集电源管理电路进行研究,提出一种基于反激式变压器电源管理电路,实现了对间歇式供电负载进行供电。设计了AC/DC整流电路、超级电容储能电路、控制电路、脉冲信号发生电路、能量瞬间释放电路、稳压电路,并进行了仿真实验。再次,为了克服变压器产生的电磁干扰,设计了基于DC/DC电源管理电路的能量采集,实现间歇式供电。由DC/DC升压电路取代反激式变压器,仿真结果验证了电路输出电压的稳定性,同时设计了基于功率因数调节的电源管理电路,实现对负载的持续稳定供电。最后,设计了基于LTC3108电源管理电路的振动能量采集,实现对负载的持续供电。分析了LTC3108芯片的内部结构及各部分功能,设计了基于LTC3108芯片的电源管理电路,并对其进行仿真分析,搭建实验测试平台,经过试验验证,该系统在输入幅值和频率波动的情况下,能够输出稳定的直流电压,具有良好的稳定性,可以实现对无线传感器网络系统提供持续稳定的电源,满足对振动能量的存储能力及存储效率的要求。并对本文的研究成果进行了总结,指明了课题进一步的研究方向。
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