礦用自俘能無線監(jiān)測系統(tǒng)性能提升技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)有線監(jiān)測所存在的傳感器布線難、通信難和能源供給難等問題已不能滿足現(xiàn)代化煤礦井下的監(jiān)測需求，借助振動(dòng)能量收集技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)的礦用自俘能無線監(jiān)測系統(tǒng)能很好的解決煤礦井下復(fù)雜環(huán)境中的設(shè)備監(jiān)測問題。課題組前期研發(fā)的振動(dòng)能量收集系統(tǒng)存在俘能效率低等問題，因此，本文致力于礦用自俘能無線監(jiān)測系統(tǒng)的性能和效率提升技術(shù)研究。
　　論文系統(tǒng)分析基于振動(dòng)能量收集技術(shù)的無線監(jiān)測系統(tǒng)的性能影響因素，給出系統(tǒng)效率提升總體方案，從俘能、儲(chǔ)能和

2、用能幾個(gè)方面入手，設(shè)計(jì)新一代可更換能量收集模塊的多方向振動(dòng)能量收集裝置，改進(jìn)能量收集電路和無線監(jiān)測模塊節(jié)能策略。
　　針對(duì)能量收集裝置的換能結(jié)構(gòu)復(fù)雜、阻尼大等問題，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一種可更換能量收集模塊的多方向振動(dòng)能量收集裝置，建立單個(gè)能量收集模塊的數(shù)學(xué)模型，分析其動(dòng)力特性和機(jī)電耦合性能，并借助ANSYS有限元軟件對(duì)裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，優(yōu)化裝置中的彈簧、質(zhì)量塊、壓電陶瓷等關(guān)鍵尺寸或參數(shù)。
　　在原有能量收集電路基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)新

3、型并聯(lián)六路能量收集電路以解決換能器壓電陶瓷在機(jī)電耦合過程中高阻抗、高電壓、極小電流問題；同時(shí)對(duì)無線監(jiān)測模塊提出了節(jié)能策略來降低功耗、延長監(jiān)測時(shí)間從而提高系統(tǒng)性能。
　　最后，在理論計(jì)算和仿真研究基礎(chǔ)之上優(yōu)化了能量收集裝置、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)各模塊功能進(jìn)行驗(yàn)證。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，改進(jìn)后的能量收集裝置最大峰值電壓比原有裝置可提高大約11倍，最大輸出功率達(dá)到28.75μW。通過對(duì)系統(tǒng)總體的調(diào)試，其各項(xiàng)性能滿足功能要求。