The desire to reduce power consumpt

The desire to reduce power consumption of current integrated circuits has led design engineers to focus on harvesting energy from free ambient sources such as vibrations. The energy harvested this way can eliminate the need for battery replacement, particularly, in low-energy remote sensing and wireless devices. Currently, most vibration-based energy harvesters are designed as linear resonators, therefore, they have a narrow resonance frequency. The optimal performance of such harvesters is achieved only when their resonance frequency is matched with the ambient excitation. In practice, however, a slight shift of the excitation frequency will cause a dramatic reduction in their performance. In the majority of cases, the ambient vibrations are totally random with their energy distributed over a wide frequency spectrum. Thus, developing techniques to extend the bandwidth of vibration-based energy harvesters has become an important field of research in energy harvesting systems.
This thesis first reviews the broadband vibration-based energy harvesting techniques currently known in some detail with regard to their merits and applicability under different circumstances. After that, the design, fabrication, modeling and characterization of three new piezoelectric-based energy harvesting mechanism, built typically for rotary motion applications, is discussed. A step-by-step procedure is followed in order to broaden the bandwidth of such energy harvesters by introducing a coupled spring-mass system attached to a PZT beam undergoing rotary motion. It is shown that the new strategies can indeed give rise to a wide-band frequency response making it possible to fine-tune their dynamical response. The numerical results are shown to be in good agreement with the experimental data as far as the frequency response is concerned.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ความปรารถนาที่จะลดการใช้พลังงานปัจจุบันรวมวงจรได้นำวิศวกรออกแบบเน้นเก็บเกี่ยวพลังงานจากแหล่งฟรีแวดล้อมเช่นการสั่นสะเทือน พลังงานที่เก็บเกี่ยววิธีนี้สามารถกำจัดต้องการแบตเตอรี่ โดยเฉพาะ พลังงานต่ำแชมพูและอุปกรณ์ไร้สาย ปัจจุบัน มากที่สุดตามแรงสั่นสะเทือนพลังงาน harvesters ถูกออกแบบมาเป็นเชิง resonators ดังนั้น มีความถี่ในการสั่นพ้องที่แคบ ประสิทธิภาพ harvesters ดังกล่าวสามารถทำได้เฉพาะเมื่อความถี่ของการสั่นพ้องจะจับคู่กับในการกระตุ้นแวดล้อม ในทางปฏิบัติ ไร กะเล็กน้อยของความถี่ในการกระตุ้นจะทำให้ลดอย่างมากในการปฏิบัติการ ส่วนใหญ่ของกรณี สั่นสะเทือนแวดล้อมได้ทั้งหมดสุ่มกับพลังงานของพวกเขากระจายผ่านคลื่นความถี่กว้าง ดังนั้น การพัฒนาเทคนิคการขยายแบนด์วิธของพลังงานการสั่นสะเทือน harvesters ได้กลายเป็น ฟิลด์สำคัญของการวิจัยในระบบเก็บเกี่ยวพลังงานวิทยานิพนธ์นี้ก่อนทานบรอดแบนด์ตามสั่นสะเทือนพลังงานเก็บเกี่ยวเทคนิคในปัจจุบันรู้จักกันในรายละเอียดบางอย่างเกี่ยวกับการพิจารณาและความเกี่ยวข้องของสถานการณ์ต่าง ๆ หลังจากนั้น ออกแบบ ประดิษฐ์ โมเดล และสมบัติของสามใหม่พลังงาน piezoelectric ตามเก็บเกี่ยวกลไก สร้างขึ้นโดยทั่วไปสำหรับการใช้งานเคลื่อนไหวโรตารี่ กล่าวถึงการ ตามขั้นตอนการขยายแบนด์วิธของ harvesters พลังงานดังกล่าว โดยการแนะนำระบบสปริงมวล coupled กับ PZT ลำอยู่ในระหว่างการเคลื่อนไหวหมุน เป็นแสดงว่า กลยุทธ์ใหม่สามารถให้สูงขึ้นแน่นอนเพื่อตอบสนองความถี่วงกว้างทำให้สามารถปรับแต่งการตอบสนอง dynamical ผลลัพธ์เป็นตัวเลขที่แสดงอยู่ในข้อตกลงที่ดีกับข้อมูลการทดลองเป็นที่ตอบสนองความถี่เกี่ยวข้อง

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ความปรารถนาที่จะลดการใช้พลังงานในปัจจุบัน ทำให้วิศวกรออกแบบวงจรรวมเพื่อมุ่งเน้นในการเก็บเกี่ยวพลังงานจากแหล่งอุณหภูมิฟรีเช่นการสั่นสะเทือน พลังงานการเก็บเกี่ยววิธีนี้สามารถขจัดความต้องการสำหรับการเปลี่ยนแบตเตอรี่โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการรับรู้จากระยะไกลและอุปกรณ์ไร้สายที่ใช้พลังงานต่ำ . ปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้พลังงานการสั่นสะเทือนเครื่องเก็บเกี่ยว ได้รับการออกแบบเป็น resonators เชิงเส้นดังนั้น พวกเขามีความถี่เรโซแนนซ์ที่แคบ การปฏิบัติงานที่เหมาะสม เช่น เก็บเกี่ยวได้เมื่อความถี่เรโซแนนซ์ของพวกเขาคือการจับคู่กับแบบห้อง ในการปฏิบัติ อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของการกระตุ้นให้เกิดความถี่จะลดลงอย่างมากในการปฏิบัติงาน ในส่วนใหญ่ของกรณีการสั่นสะเทือนของพลังงานทั้งหมดโดยสุ่มกระจายความถี่กว้างสเปกตรัม ดังนั้น การพัฒนาเทคนิคการขยายแบนด์วิดธ์ของการสั่นสะเทือนตามเก็บเกี่ยวพลังงานได้กลายเป็นเขตข้อมูลที่สำคัญของการวิจัยด้านพลังงาน ระบบ
วิทยานิพนธ์ฉบับนี้ ก่อนวิจารณ์ บรอดแบนด์พลังงานการสั่นสะเทือนตามเทคนิคที่ขณะนี้ทราบในรายละเอียดบางอย่างเกี่ยวกับประโยชน์และความเกี่ยวข้องของพวกเขาภายใต้สถานการณ์ที่แตกต่างกัน หลังจากที่ , ออกแบบ , ผลิต , แบบจำลองและคุณลักษณะของสามใหม่เพียโซอิเล็กทริกพลังงานกลไกพื้นฐานที่สร้างขึ้นโดยทั่วไปสำหรับการใช้งานเคลื่อนที่แบบหมุนนี้กระบวนการทีละขั้นตอนตาม เพื่อขยายแบนด์วิดธ์ของเก็บเกี่ยวพลังงานดังกล่าว โดยแนะนำคู่สปริงมวลระบบติดกับคานหมุนวิธีการเคลื่อนไหว มันแสดงให้เห็นว่ากลยุทธ์ใหม่แน่นอนสามารถให้เพิ่มขึ้นเป็นวงกว้างตอบสนองความถี่ที่ทำให้เป็นไปได้ที่จะปรับการตอบสนองเชิงพลวัตของผลลัพธ์เชิงตัวเลขแสดงให้มีความสอดคล้องกับข้อมูลเท่าที่ตอบสนองความถี่ที่เกี่ยวข้อง