无线传感器网络自适应压电能量获取的研究

【摘要】： 在历史上,技术的发展往往与新能源的利用和能源利用方法的改进有关。随着工业革命的兴起,我们逐渐走向能源危机的时代。同时,新型能源伴随着能量转换技术的发展,越来越成为未来泛在电子通信系统的合适选择。尤其是将自然环境中多余的各种新式能量进行采集、存储并利用具有显著的环保意义,也具有广阔的工程应用前景。随着无线传感器网络(WSNs)在医疗保健、灾害监测等领域的发展,小型无线传感器的性能受到人们的关注。网络中每一个节点的寿命往往不由器件本身,而是由电源的寿命决定,更是形成了泛在网络发展的瓶颈。 为了攻克上述状况,本文首先通过对当今微能源及微系统的分析和研究,总结出了适应于低功耗小型节点供电的解决方案。接着,从压电方程入手,分析了压电发电单元的结构、原理及应用价值。主要研究内容和结果包括: 通过收集和比较国内外各种微能源转化技术及其在微(通信)系统中的应用,对人体步行能量的潜在价值进行评估并论证其在压电转化技术上的可移植性。 从压电材料入手,分析了压电发电元件在力作用下产生电荷,输出电压的原理,讨论了用于能量采集的压电元件等效电路模型。 首次提出一款适用于当前现状的木屐生电模块,实现外界机械能的转化、存储及控制等功能。实验证明,该模块具有良好的可靠性、输出特性以及可移植性。为将来实现自适应生电系统网络提供了理论和实践依据。