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:

ทฤษฎี และทดลองตรวจสอบบนไมโครสเกลหลาย morph cantilever พลังงาน piezoelectric vibrational harvesters (PZEHs) ของระบบ MicroElectroMechanical (MEMS) เป็นการนำเสนอ เนื้อหาหลักของ PZEH แบบ cantilever "หลาย morph" ที่ปลายด้านหนึ่งเป็น clamped ยังฐาน และอีกฝ่ายไม่ได้ ระบบ cantilever "ถาวรฟรี" นี้รวมทั้งหลักฐานมวล (หรือที่เรียกว่ามวลสิ้น) ในฟรีที่สามารถ oscillate มี cantilever หลายชั้นภายใต้ excitations sinusoidal อย่างต่อเนื่องของการเคลื่อนไหวพื้นฐาน มีบางส่วนสมการเชิงอนุพันธ์ (ชาย) อธิบายคลื่น flexural ที่เผยแพร่ใน cantilever หลาย morph เป็นทาน ความถี่สั่นพ้องของ morph หลายโหมดต่ำสุดcantilever PZEH สำหรับบางอัตราส่วนของมวลพิสูจน์ cantilever มวลคำนวณ โดยแก้ชายเรียงตามตัวเลข หรือใช้แบบจำลององค์ประกอบ lumped เป็น damped ง่ายมีค่า oscillator ผลลัพธ์ที่อยู่ในข้อตกลงที่ดี (disparity≤0.5%) Experimentally, MEMS PZEHs ถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคนิคไมโครผลิตมาตรฐาน คำนวณความถี่สั่นพ้องพื้นฐาน ผลคลื่นแรงดันไฟฟ้า V และผลผลิตพลังงานคลื่น P โหลดเหมาะสมเมื่อเทียบกับค่าวัดความสอดคล้องกัน พ้องต้องกัน ความแตกต่างทั้งหมดน้อยกว่า 4% ได้ นอกจากนี้ เป็นภาพ MEMS PZEH แสดง resonating ที่ 58.0±2.0 Hz ต่ำกว่า 0.7 g (g = 9.81 m/s2) ภายนอก excitations, 63 W มีความผลผลิตต้านทาน Z ของ 85 k มาถึงพลังงานสูงสุดที่สอดคล้องกัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าไมโครนี้เปิดสำเร็จโหนกับเซ็นเซอร์รวม วิทยุคลื่นความถี่วิทยุ (RF) อิเล็กทรอนิกส์การจัดการพลังงาน และแบบชาร์จที่ขั้นสูงแบบฟิล์มแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบตเตอรี่เก็บพลังงานที่ Expo 2011 เซ็นเซอร์เซ็นเซอร์ไร้สาย และการประชุมจัดขึ้นในชิคาโก้ IL นอกจากนี้ ที่ 58 Hz และ 0.5, 1.0 g excitations พลังงานและระดับของ 32, 128 W ยังได้รับ และแสดงระดับการใช้พลังงานเหล่านี้ทั้งหมดเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของคลื่นเร่งเป็นคาดการณ์ตามทฤษฎี P รายงานการสั่นพ้องพื้นฐานความถี่ f1 และเร่งระดับ G สูงสุด "รูปของบุญ" [พลังงานความหนาแน่น× (ความถี่แบนด์/คง)] สำเร็จผู้รายงานในวรรณคดีทันสมัยคุณภาพปัจจัย Qf MEMS PZEH อุปกรณ์แล้ว

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

จากการทดลองและทฤษฎีเกี่ยวกับไมโครขนาดเท้าแขนหลาย Morph piezoelectric เก็บเกี่ยวพลังงานการสั่น (PZEHs) ของระบบจุลภาค (MEMS) ถูกแสดง ร่างกายหลักของ PZEH คือ "หลาย Morph" เท้าแขนที่ปลายด้านหนึ่งถูกยึดไปที่ฐานและส่วนอื่น ๆ ที่เป็นอิสระ นี้ "คงฟรี" ระบบเท้าแขนรวมทั้งหลักฐานมวล (ที่เรียกว่าปลายมวล) ต่อ end-ฟรีที่สามารถสั่นด้วยเท้าแขนหลายชั้นภายใต้ excitations ซายน์อย่างต่อเนื่องของการเคลื่อนไหวฐาน สมการเชิงอนุพันธ์ (PDE) อธิบายขยายพันธุ์คลื่นดัดในคานหลาย Morph ได้รับการทบทวน ความถี่เสียงสะท้อนของโหมดต่ำสุดของหลาย Morph
เท้าแขน PZEH สำหรับอัตราส่วนบางส่วนของหลักฐานมวลเพื่อเท้าแขนมวลคำนวณโดยทั้งการแก้ PDE ตัวเลขหรือใช้รูปแบบล้างโลกองค์ประกอบเป็น oscillator ฮาร์โมนิชุบน้ำหมาด ๆ ง่าย ผลของพวกเขาอยู่ในข้อตกลงที่ดี (ความเหลื่อมล้ำ
≤0.5%) ทดลอง MEMS PZEHs ถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคนิคการผลิตไมโครมาตรฐาน จากการคำนวณความถี่เรโซแนนพื้นฐานแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุทแอมพลิจูวีและการส่งออกพลังงานคลื่น P ที่มีความเร็วในการโหลดที่ดีที่สุดเมื่อเทียบกับการที่สอดคล้องของพวกเขาวัดค่า; ความแตกต่างที่มีทั้งหมดน้อยกว่า 4% นอกจากต้นแบบ MEMS PZEH ก็แสดงให้เห็นการสั่นที่ 58.0 ± 2.0 เฮิร์ตซ์ภายใต้ 0.7 กรัม (กรัม = 9.81 m / s2) excitations ภายนอกสอดคล้องอำนาจสูงสุดถึง 63? W กับโหลดความต้านทานเอาท์พุท Z 85 k ?. นี้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่ประสบความสำเร็จในการใช้งานพลังงานโหนดเซ็นเซอร์ไร้สายที่มีเซ็นเซอร์แบบบูรณาการคลื่นความถี่วิทยุ (RF) วิทยุอิเล็กทรอนิกส์การจัดการพลังงานและขั้นสูงฟิล์มบางลิเธียมไอออนแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟสำหรับการจัดเก็บพลังงานที่ 2011 เซนเซอร์ประชุมและแสดงสินค้าที่จัดขึ้นใน Chicago, IL นอกจากนี้ที่ 58 เฮิร์ตซ์และ 0.5, 1.0 กรัม excitations ระดับพลังงานของ 32 และ 128? W ที่ได้รับด้วยและทั้งสามระดับพลังงานที่แสดงให้เห็นถึงเป็นสัดส่วนกับตารางของความกว้างเร่งเป็นตามคำทำนายของทฤษฎี รายงาน P ที่ f1 เสียงสะท้อนความถี่พื้นฐานและอัตราเร่ง G-ระดับถึงสูงสุด "รูปบุญ" [ความหนาแน่นพลังงาน× (แบนด์วิดธ์ / ความถี่เรโซแนน)] ประสบความสำเร็จในหมู่ผู้ที่รายงานใน up-to-date วรรณกรรมสำหรับปัจจัยที่มีคุณภาพสูง Qf MEMS อุปกรณ์ PZEH

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ทดลองและทางทฤษฎีตรวจสอบไมโครสเกล Morph หลายสะพาน piezoelectric พลังงานการสั่นเก็บเกี่ยว ( pzehs ) ของไมโครเทคโนโลยี ( MEMS ) ซึ่งประกอบด้วย แกนกายของ pzeh เป็น " หลาย Morph " สะพานที่ปลายด้านหนึ่งจะยึดกับฐาน และจบอื่น ๆฟรี" ซ่อมฟรี " สะพาน รวมทั้งระบบการพิสูจน์มวล ( เรียกว่าจบมวล ) ในตอนท้ายฟรีที่สามารถแกว่งไปมา ด้วยวิธีการแบบ Cantilever ภายใต้กระแสอย่างต่อเนื่องของฐานการเคลื่อนไหว สมการอนุพันธ์บางส่วน ( PDE ) การดัดคลื่นการขยายพันธุ์ในหลาย Morph สะพานจะตรวจทานเสียงสะท้อนความถี่ของโหมดที่ถูกที่สุดของหลาย Morph
สะพาน pzeh บางอัตราส่วนของมวลมวลคำนวณคานยื่นหลักฐานโดยการ PDE สามารถ หรือใช้ก้อนธาตุเป็นแบบหดหู่ง่าย Harmonic oscillator ; ผลของพวกเขาในข้อตกลงที่ดี ( กัน
≤ 0.5% ) ทดลอง ,pzehs ซึ่งถูกสร้างโดยใช้เทคนิคมาตรฐานการผลิตไมโคร คำนวณพื้นฐานเรโซแนนซ์ความถี่เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าต่ำและผลผลิตพลังงานของ P กับโหลดที่สอดคล้องกันของพวกเขาเทียบพ้องต้องกันกับวัดค่านิยม ความแตกต่างคือน้อยกว่า 4% นอกจากนี้ ต้นแบบ pzeh MEMS แสดงกี่ที่ 58.0 ± 2.0 G ( g = 0.7 Hz ภายใต้ 981 เมตร / S2 ) แบบภายนอก พลังที่สอดคล้องกันถึง 63  W กับผลผลิตโหลดอิมพีแดนซ์ Z 85 K  . นี้เปิดใช้งานไมโครไฟฟ้าเรียบร้อยแล้ว โหนดเซ็นเซอร์ไร้สายด้วยระบบเซ็นเซอร์ ความถี่วิทยุ ( RF ) วิทยุ อิเล็กทรอนิกส์ การจัดการพลังงานและลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ฟิล์มบางขั้นสูงสำหรับพลังงานกระเป๋าที่ 2011 เซ็นเซอร์ Expo และการประชุมที่จัดขึ้นในชิคาโก , อิลลินอยส์ . นอกจากนี้ที่ 58 Hz และ 0.5 , 1.0 กรัมแบบพลังระดับ 32 , 128  W ก็ยังได้ และทั้งหมดเหล่านี้สามระดับ พลังงาน โดยได้สัดส่วนกับตารางของความเร่งขนาดเป็นทำนายโดยทฤษฎีรายงานจุดที่ความถี่เรโซแนนซ์ F1 และ g-level เร่งมาถึงร่างสูง " บุญ " ความหนาแน่น [ พลัง× ( แบนด์วิดธ์ / ความถี่เสียง ) ] เกิดขึ้นในหมู่ผู้ที่รายงานในวรรณคดีที่ทันสมัยคุณภาพสูง ปัจจัย pzeh แควนตัส รวมทั้งอุปกรณ์