Experimental and theoretical invest

Experimental and theoretical investigations on micro-scale multi-morph cantilever piezoelectric vibrational
energy harvesters (PZEHs) of the MicroElectroMechanical Systems (MEMS) are presented. The
core body of a PZEH is a “multi-morph” cantilever, where one end is clamped to a base and the other
end is free. This “fixed-free” cantilever system including a proof-mass (also called the end-mass) on the
free-end that can oscillate with the multi-layer cantilever under continuous sinusoidal excitations of
the base motion. A partial differential equation (PDE) describing the flexural wave propagating in the
multi-morph cantilever is reviewed. The resonance frequencies of the lowest mode of a multi-morph
cantilever PZEH for some ratios of the proof-mass to cantilever mass are calculated by either solving
the PDE numerically or using a lumped-element model as a damped simple harmonic oscillator; their
results are in good agreement (disparity
≤
0.5%). Experimentally, MEMS PZEHs were constructed using
the standard micro-fabrication technique. Calculated fundamental resonance frequencies, output electric
voltage amplitude V and output power amplitude P with an optimum load compared favorably with
their corresponding measured values; the differences are all less than 4%. Furthermore, a MEMS PZEH
prototype was shown resonating at 58.0
±
2.0 Hz under 0.7 g (g = 9.81 m/s2) external excitations, corresponding
peak power reaches 63 W with an output load impedance Z of 85 k. This micro-power
generator enabled successfully a wireless sensor node with the integrated sensor, radio frequency (RF)
radio, power management electronics, and an advanced thin-film lithium-ion rechargeable battery for
power storage at the 2011 Sensors Expo and Conference held in Chicago, IL. In addition, at 58 Hz and 0.5,
1.0 g excitations power levels of 32, and 128 W were also obtained, and all these three power levels
demonstrated to be proportional to the square of the acceleration amplitude as predicted by the theory.
The reported P at the fundamental resonance frequency f1 and acceleration G-level, reached the highest
“Figure of Merit” [power density
×
(bandwidth/resonant frequency)] achieved amongst those reported
in the up-to-date literature for high quality factor Qf MEMS PZEH devices.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ตรวจสอบทฤษฎี และทดลองบนไมโครสเกลหลาย morph cantilever piezoelectric vibrationalนำเสนอเป็น harvesters พลังงาน (PZEHs) ของระบบ MicroElectroMechanical (MEMS) ที่เนื้อหาหลักของ PZEH เป็นแบบ cantilever "หลาย morph" ที่ปลายด้านหนึ่งเป็น clamped ฐานและอื่น ๆสิ้นสุดไม่ ระบบ "ถาวรฟรี" cantilever นี้รวมกันเป็นมวล (หรือที่เรียกว่ามวลสิ้นสุด) ในการฟรีสิ้นสุดที่สามารถ oscillate มี cantilever หลายชั้นภายใต้ excitations sinusoidal อย่างต่อเนื่องของการเคลื่อนไหวพื้นฐาน มีบางส่วนสมการเชิงอนุพันธ์ (ชาย) อธิบายการกระจายคลื่น flexural ในการมีทบทวนหลาย morph cantilever ความถี่สั่นพ้องของ morph หลายโหมดต่ำสุดcantilever PZEH สำหรับบางอัตราส่วนของมวลพิสูจน์ cantilever มวลคำนวณ โดยการแก้ชายเรียงตามตัวเลข หรือใช้แบบจำลององค์ประกอบ lumped เป็น damped ง่ายมีค่า oscillator ของพวกเขาผลลัพธ์ที่อยู่ในข้อตกลงที่ดี (disparity≤0.5%) Experimentally, MEMS PZEHs ถูกสร้างขึ้นเทคนิคมาตรฐานของไมโครประดิษฐ์ คำนวณความถี่สั่นพ้องพื้นฐาน ผลผลิตไฟฟ้าคลื่นแรงดันไฟฟ้า V และผลผลิตพลังงานคลื่น P กับโหลดเหมาะสมเทียบพ้องต้องกันด้วยค่าวัดของพวกเขาเกี่ยวข้อง ความแตกต่างทั้งหมดน้อยกว่า 4% ได้ นอกจากนี้ MEMS PZEHต้นแบบที่แสดง resonating ที่ 58.0±2.0 Hz ต่ำกว่า 0.7 g (g = 9.81 m/s2) ภายนอก excitations สอดคล้องพลังงานสูงสุดถึง 63 W มีความผลผลิตต้านทาน Z ของ 85 k ไมโครอำนาจนี้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าใช้งานเรียบร้อยแล้วโหนเซ็นเซอร์ไร้สายเซ็นเซอร์รวม คลื่นความถี่วิทยุ (RF)วิทยุ อิเล็กทรอนิกส์การจัดการพลังงาน และเป็นขั้นสูงแบบฟิล์มแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จแบตเตอรี่อำนาจเก็บที่ 2011 เอ็กซ์เซ็นเซอร์และการประชุมจัดขึ้นในชิคาโก้ IL นอกจากนี้ ที่ 58 Hz และ 0.5นอกจากนี้ยังได้รับพลังงานและระดับของ 32, 128 W excitations 1.0 g และระดับการใช้พลังงานเหล่านี้ทั้งหมดแสดงเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของคลื่นเร่งเป็นคาดการณ์ตามทฤษฎีP f1 ความถี่สั่นพ้องพื้นฐานและเร่งระดับ G รายงานถึงที่สูงที่สุดจาก"รูปบุญ" [พลังงานความหนาแน่น×(คง/แบนด์ความถี่)] ผู้รายงานได้วรรณคดีปัจจุบันสำหรับอุปกรณ์ Qf MEMS PZEH ปัจจัยคุณภาพ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การตรวจสอบการทดลองและทฤษฎีเกี่ยวกับไมโครขนาดหลาย Morph เท้าแขน piezoelectric สั่น
เก็บเกี่ยวพลังงาน (PZEHs) ของระบบจุลภาค (MEMS) ถูกแสดง
ร่างกายหลักของ PZEH คือ "หลาย Morph" เท้าแขนที่ปลายด้านหนึ่งถูกยึดไปที่ฐานและอื่น ๆ ที่
ปลายฟรี นี้ "คงที่ฟรี" ระบบเท้าแขนรวมทั้งหลักฐานมวล (ที่เรียกว่าปลายมวล) ใน
ฟรีปลายที่สามารถสั่นด้วยเท้าแขนหลายชั้นภายใต้ excitations ซายน์อย่างต่อเนื่องของ
การเคลื่อนไหวฐาน สมการเชิงอนุพันธ์บางส่วน (PDE) อธิบายขยายพันธุ์คลื่นดัดใน
คานหลาย Morph ได้รับการทบทวน ความถี่เสียงของโหมดต่ำสุดของหลาย Morph
PZEH เท้าแขนสำหรับอัตราส่วนบางส่วนของหลักฐานมวลเท้าแขนมวลคำนวณโดยทั้งการแก้
PDE ตัวเลขหรือการใช้รูปแบบการล้างโลกองค์ประกอบเป็นน้ำหมาด ๆ oscillator ประสานง่าย ของพวกเขา
ผลอยู่ในข้อตกลงที่ดี (ความแตกต่างกัน
≤
0.5%) ทดลอง MEMS PZEHs ถูกสร้างขึ้นโดยใช้
เทคนิคไมโครผลิตมาตรฐาน คำนวณความถี่เรโซแนนพื้นฐานการส่งออกไฟฟ้า
แรงดันไฟฟ้ากว้าง V และแอมพลิจูกำลัง P กับโหลดสูงสุดเมื่อเทียบกับ
ค่าที่วัดได้สอดคล้องของพวกเขา ความแตกต่างที่มีทั้งหมดน้อยกว่า 4% นอกจากนี้ MEMS PZEH
ต้นแบบก็แสดงให้เห็นสะท้อนที่ 58.0
±
2.0 Hz ภายใต้ 0.7 กรัม (กรัม = 9.81 เมตร / s2) excitations ภายนอกสอดคล้อง
อำนาจสูงสุดถึง 63? W กับเอาท์พุทอิมพีแดนโหลด Z 85 k ?. นี้ไมโครไฟฟ้า
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เปิดใช้งานที่ประสบความสำเร็จโหนดเซ็นเซอร์ไร้สายที่มีเซ็นเซอร์แบบบูรณาการ, คลื่นความถี่วิทยุ (RF)
วิทยุอิเล็กทรอนิกส์การจัดการพลังงานและฟิล์มบางลิเธียมไอออนแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟขั้นสูงสำหรับการ
จัดเก็บพลังงานที่ 2011 วัดประชุมและแสดงสินค้าที่จัดขึ้นใน Chicago, IL นอกจากนี้ที่ 58 Hz และ 0.5,
1.0 กรัมระดับพลังงาน excitations 32, และ 128? W ที่ได้รับด้วยและทั้งสามระดับพลังงาน
แสดงให้เห็นถึงเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูเร่งตามคำทำนายของทฤษฎี
รายงาน P ที่ f1 ความถี่เรโซแนนพื้นฐานและการเร่ง G-ระดับสูงสุดถึง
"รูปบุญ" [ความหนาแน่นพลังงาน
×
(แบนด์วิดธ์ / ความถี่เรโซแนน)] ประสบความสำเร็จในหมู่ผู้ที่รายงาน
ในวรรณกรรม up-to-วันที่สำหรับปัจจัยที่มีคุณภาพสูง Qf MEMS อุปกรณ์ PZEH

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ทดลองและทางทฤษฎีตรวจสอบไมโครสเกลสะพาน piezoelectric Morph หลายสั่น
พลังงานเก็บเกี่ยว ( pzehs ) ของไมโครเทคโนโลยี ( MEMS ) ซึ่งประกอบด้วย
ภายในร่างกายของ pzeh เป็น " หลาย Morph " สะพานที่ปลายด้านหนึ่งจะยึดกับฐานและปลายอีก
ฟรี" ซ่อมฟรี " สะพาน รวมทั้งระบบการพิสูจน์มวล ( เรียกว่าจบมวล ) บน
จบฟรีที่สามารถแกว่งไปมา ด้วยวิธีการแบบ Cantilever ภายใต้กระแสอย่างต่อเนื่องของ
ฐานการเคลื่อนไหว สมการอนุพันธ์บางส่วน ( PDE ) การดัดคลื่นการขยายพันธุ์ใน
หลาย Morph สะพานจะตรวจทานเสียงสะท้อนความถี่ของโหมดที่ถูกที่สุดของหลาย Morph
สะพาน pzeh บางอัตราส่วนของมวลมวลคำนวณคานยื่นหลักฐานโดยแก้
PDE สามารถ หรือใช้ก้อนธาตุเป็นแบบหดหู่ง่าย Harmonic oscillator ; ผลลัพธ์
ในข้อตกลงที่ดี ( กัน

≤ 0.5% ) การทดลอง MEMS , pzehs
ถูกสร้างโดยใช้มาตรฐานเทคนิคการผลิตไมโคร คำนวณพื้นฐานเรโซแนนซ์ความถี่เอาต์พุตไฟฟ้าแรงดันต่ำ และเอาต์พุต V
1 P กับโหลดที่เหมาะสมเทียบพ้องต้องกันกับ
สอดคล้องกับค่าที่วัด ; ความแตกต่างทั้งหมดไม่น้อยกว่า 4 % นอกจากนี้ ต้นแบบ pzeh
MEMS แสดงกี่ที่ 58.0

± 2.0 Hz 0.7 กรัม ( g = 9.81 ภายใต้ M / S2 ) แบบภายนอกพลังงานสูงสุดที่สอดคล้องกัน
ถึง 63  W กับผลผลิตโหลดอิมพีแดนซ์ Z 85 K  . นี้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าใช้ไมโครพลังงาน
เรียบร้อยแล้วโหนดเซ็นเซอร์ไร้สายด้วยระบบเซ็นเซอร์ ความถี่วิทยุ ( RF )
วิทยุ อิเล็กทรอนิกส์ การจัดการพลังงาน และลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ฟิล์มบางขั้นสูงสำหรับ
ที่เก็บพลังงานที่ 2011 เซ็นเซอร์ Expo และการประชุมที่จัดขึ้นในชิคาโก , อิลลินอยส์ . นอกจากนี้ที่ 100 Hz และ 0.5
1.0 กรัมแบบพลังระดับ 32 , 128  W ก็ยังได้ และทั้งหมดเหล่านี้สามระดับ พลังงาน
โดยได้สัดส่วนกับตารางของความเร่งขนาดเป็นทำนายโดยทฤษฎี .
รายงาน P ที่ความถี่เรโซแนนซ์ F1 และ g-level เร่งถึงสูงสุด
" รูปบุญ " [

×ความหนาแน่นพลังงาน( แบนด์วิดธ์ / ความถี่เสียง ) ] เกิดขึ้นในหมู่ผู้ที่รายงาน
ในวรรณคดีที่ทันสมัยคุณภาพสูง ปัจจัย pzeh แควนตัส รวมทั้งอุปกรณ์