摘要：压电能量收集器件发展迅速,发电性能不断提高。然而,压电能量收集器受压电陶瓷材料本身低的机电转换性能限制,机电转换效率较低。制备具有高机电转换性能压电陶瓷材料具有重要的应用价值。评述了以获得高机电转换性能为目标所进行的压电陶瓷材料性能调控方面的研究成果,介绍了非谐振状态和谐振状态下,能量收集器件对压电陶瓷材料的性能要求,比较了能量收集用铅基、无铅压电陶瓷材料的机电转换性能,讨论了具有高机电转换性能压电陶瓷材料设计方法,为进一步开展能量收集用压电陶瓷材料的研究提供思路。总结了该领域存在的问题及对未来的展望。

摘要：针对移动边缘计算(MEC)在能源消耗和安全性方面的问题,研究具有社会关系和能量收集(EH)的D2D-MEC物联网网络中的任务卸载和资源分配问题,提出基于李雅普诺夫优化的D2D在线决策匹配和资源分配(ODMRA)算法.将用户之间的社会关系量化为社会信任矩阵,将能源消耗、包丢失、社会信任度表述为长期随机优化问题,采用李雅普诺夫优化方法将其分解为一系列子问题后分别求解.对于D2D间的决策选择子问题,结合子模块优化和贪婪算法设计低复杂度的策略选择算法.理论分析和仿真结果表明,所提出的ODMRA算法有效地优化了卸载方案,平衡了系统服务成本和队列长度,在能量消耗、系统服务成本方面优于其他对比算法.

摘要：基于协作通信与能量收集技术,研究在能量收集认知无线电网络中,主用户和次用户的信道资源配置问题,目标是主用户安全容量最大.在该网络中,次用户发送节点具有能量收集功能,且帮助主用户发送节点进行协作传输.作为回报,在次用户协作主用户通信结束后,主用户发送节点分配频谱资源给次用户发送节点.在保证次用户服务质量的前提下,设计主用户安全容量最大化的计算方法.仿真实验结果表明:安全容量与能量收集因子成反比关系,与协作通信因子成正比关系.提出的算法可以保证主用户传输的安全容量.最后,假设次用户以恒定小功率工作,当协作通信因子从0.2～0.5变化时,提出的算法比现有策略在安全容量上平均高出79.28%,80.46%,64.23%,78.85%,此外,提出的算法比现有算法的计算效率平均高出7.34倍.

摘要：针对目前无线传感网络节点对长寿命微能源的需求,提出了将同位素辐射能量转换为电能的静电式振动能量收集原理.该原理利用同位素63Niβ辐射能实现平行板悬浮-质量块结构的自由阻尼振动,并通过可变电容电路实现充-放电振荡循环,从而实现电能的转换.通过分析运动状态和能量转化过程,给出了结构的运动状态和能量输出方程,并使用Matlab/Simulink对输出特性进行了数值模拟和基于Ansys的结构优化设计.根据仿真和优化的结构尺寸设计出了满足最大平均输出功率的微电子机械器件结构.结果表明:所设计的结构在一阶固有频率为500 Hz,两极板间距离为75μm,外接电阻为90 k?时平均输出功率最大为0.416μW,转化效率8.25%.

摘要：在旋转压电能量收集器结构中,通过对离心力的设计可使共振频率被动式跟随旋转频率的变化而自调谐,以达到宽频带的目的。然而该收集器的性能对参数的设计非常敏感,对该收集器的关键参数进行了分析优化。利用欧拉-拉格朗日定理建立机电耦合方程,提出了调谐因子D的概念,将多个参数的设计集中到调谐因子中,大大提高了收集器的设计效率。通过数值仿真及实验对调谐因子的设计作用进行了研究,结果表明:在D<1时,随着D的增大,带宽提高而峰值降低,在D≥1时,性能显著下降。在D=0. 9时,与无离心力收集器相比,峰值降低了31. 6%,6 d B带宽从0. 6 Hz提高到7 Hz,提高了11. 7倍。

摘要：为解决编码协作系统中继节点的能量受限问题,研究了面向能量收集的编码协作系统。首先,提出了面向能量收集的重复积累(repeat-accumulate,RA)编码协作方案,分析了系统的中断概率;其次,推导出了对应于信源节点与协作中继采用的RA码的联合校验矩阵,并通过联合设计,消除了该矩阵中所有两种类型的girth-4环。理论分析与仿真结果表明,与传统非能量收集的点对点系统比,所提方案大大降低了系统中断概率。与采用随机低密度奇偶检验码(low density parity-check,LDPC)码的编码协作方案相比,采用联合设计RA码的系统误码性能更为优越。

摘要：通过在交通环境布置无线传感器等小型机电系统,实现交通状况监测、交通系统管控、交通设施健康状态监测等,可以使交通系统更加安全、有序、高效地运行.但是,如何为这些广泛分布的小型机电系统供能?本文提出了一种磁力耦合道路能量收集设计,用以收集车辆滚压能量并转换成电能.通过磁力耦合进行无接触能量传递,减小了装置受到的冲击并使得装置具有良好密封性,从而提升装置的鲁棒性.通过升频齿轮机构、棘轮机构将车辆滚压激励转换为高速单向旋转,并且通过换向齿轮机构能够继续收集复位弹性势能,提高了收集装置的输出功率.基于磁力耦合道路能量收集系统的工作原理建立了机电耦合动力学模型.数值仿真探究了减速带限位距离和复位弹簧刚度等关键设计参数对能量采集系统动力学和电学性能的影响.能量采集系统在车速为50 km/h时最大输出电压为76.28 V,最大功率为59.94 W.磁力耦合道路能量收集装置可以成为未来智慧交通系统的重要组成部分,俘获交通环境能量为交通环境中小型机电系统提供可持续的绿色无碳电力.

摘要：随着无线传感网络应用的普及,能量收集技术作为一种可持续、环保的供电方式,受到了越来越广泛的关注。文中对能量收集技术进行了介绍,重点详细综述了电磁能量收集技术的现状及发展。首先介绍了电磁能量收集系统的基本结构和工作原理,对系统效率进行了分析。在此基础上从总体收集水平、接收天线的设计、整流电路的设计、超材料和实际应用等方面,对现有研究工作和热点问题进行了总结论述。最后,在当前研究工作的基础之上,对该技术有待研究的问题及发展趋势进行了展望。

摘要：介电弹性体作为一种新型电活性软体功能材料,因具有柔性好、变形大、比能密度和能量转换效率高等多项优点,在面向人体及自然界的能量收集领域具有巨大的应用潜能.本文综述了国内外有关介电弹性体用于能量收集的研究现状及主要进展,着重围绕DE能量收集行为机理及模型描述、材料性能对能量收集的影响、能量收集器件结构设计、电路设计及相关产品的开发与应用等研究内容,分析了当前研究中存在的主要问题及挑战,并对该课题未来的发展趋势及研究重点进行了展望.

摘要：针对机械系统中普遍存在的摩擦振动现象,结合试验分析和数值模拟的方法,提出采用压电材料进行摩擦振动能量收集的新思路。本研究搭建了一种既能产生摩擦振动,同时又能利用压电材料将振动能量转化为电能的试验装置,摩擦学试验结果验证了利用压电材料实现摩擦振动能量收集的可行性。利用有限元软件ABAQUS对试验过程进行模拟,首先采用复特征值分析法对压电式能量收集器的响应特性进行分析,结果表明摩擦系统在法向和切向上出现的不稳定振动模态是实现摩擦振动能量收集的重要因素。采用瞬时动态分析法对摩擦系统的动力学响应进行模拟,结果表明瞬态分析能够从时域上很好地模拟试验过程,较大的法向载荷导致系统产生较强的摩擦振动,从而导致压电材料变形位移增大,进而输出较高的电压;摩擦系统存在一定的临界速度,使得系统能够产生最强的摩擦振动能量,并对外输出最大电压信号;进一步地,本研究建立起摩擦与压电相互耦合的二自由度数学模型,验证了摩擦振动能量收集的可行性,并定性分析了法向载荷和运动速度对系统响应的影响。以上研究结果能为实现摩擦振动的能量收集提供理论依据。