研究人員3D打印壓電能量收集裝置，為鐵路監(jiān)測提供能源
時間：2024-07-01 09:13 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2024年6月30日，來自塞維利亞大學(xué)高等工程技術(shù)學(xué)院的研究人員采用3D
打印開發(fā)一種壓電能量收集裝置，通過將列車振動轉(zhuǎn)化為電能為鐵路橋梁上的能量收集提供了一種替代方案。由于鐵路系統(tǒng)通常難以監(jiān)測和維護，該方案的問世也解決了鐵路檢測系統(tǒng)電力能源供應(yīng)和長期監(jiān)測方面的一大挑戰(zhàn)。
相關(guān)研究以題為“Design and optimisation of3D-printed energy
harvesters for railway bridges”的論文被發(fā)表在《Journal of Physics: Conference
Series》期刊上。
論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2647/10/102001
在鐵路監(jiān)測應(yīng)用中實施傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要限制因素之一是缺乏長期和低維護電源。大多數(shù)現(xiàn)有系統(tǒng)都需要更換電池，難以訪問和維護操作不頻繁會限制其實際實施。從這個意義上講，壓電能量收集正在成為偏遠(yuǎn)地區(qū)傳感器和節(jié)點電力供應(yīng)的替代方案。
在這項工作的背景下，許多研究項目都集中在開發(fā)基于壓電效應(yīng)的能量收集器，以將鐵路引起的振動轉(zhuǎn)化為電能，用于小功率設(shè)備和傳感器。最常見的類型是雙晶片懸臂梁。該系統(tǒng)能夠從頻率范圍為
3 - 100 Hz
的環(huán)境振動中產(chǎn)生能量。這與軌道交通引起的頻率相匹配，使其能夠為低能耗設(shè)備和傳感器供電。然而，能量產(chǎn)生僅限于其共振附近的窄頻帶，當(dāng)非共振時會降低輸出。
為了優(yōu)化這一過程，研究人員利用 3D 打印技術(shù)開發(fā)了調(diào)整能量收集器共振頻率的方法，以提高性能。具體來說，他們使用 PAHT CF15 材料設(shè)計并 3D 打印了能量收集器的原型。
△3D 打印 PAHT CF15能源收集器原型。 （圖片來源：Cámara-Molina 等人）
3D 打印的能源收集裝置在一座橋梁上進行了測試，該橋梁因火車駛過而產(chǎn)生垂直振動。調(diào)整至橋梁的基本振動模式時可實現(xiàn)最佳性能。火車速度、橋梁特性以及與結(jié)構(gòu)和土壤的相互作用等因素會帶來不確定性，使頻率調(diào)整變得復(fù)雜。
△研究項目中的 HSL 橋
實驗驗證證實了調(diào)節(jié)過程，測試顯示能量水平在 40-55 Hz 左右。收集器的性能在實驗室和運行條件下得到驗證，證明了從列車引起的振動中有效收集能量。
△實驗裝置：（a）電路板、能量收集器和加速度計視圖（從左到右）；（b）振動計激光器和筆記本電腦
該研究旨在估算實現(xiàn)最大能量收集的最佳調(diào)諧頻率。采用統(tǒng)計方法，分析列車引起的橋梁振動產(chǎn)生的機械能。調(diào)諧頻率通過統(tǒng)計方法確定，確保峰值能量遵循高斯分布。
總體而言，3D 打印的壓電能量收集裝置為鐵路監(jiān)控提供了可行的電源，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整可以顯著提高效率。
(責(zé)任編輯：admin)
649美元！Revopoint全新Me
649美元！Revopoint全新Re
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院推出采
貴州首例！貴州醫(yī)附院骨科
浙江省人民醫(yī)院/浙江大學(xué)
ADNOC Gas使用3D打印按需最新內(nèi)容
- ·649美元！Revopoint全新MetroX 3D掃描
- ·649美元！Revopoint全新Revopoint Metr
- ·蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院推出采用3D打印模具
- ·貴州首例！貴州醫(yī)附院骨科腫瘤團隊成功
- ·浙江省人民醫(yī)院/浙江大學(xué)團隊：智能感
- ·ADNOC Gas使用3D打印按需制造關(guān)鍵替換
- ·SpaceX超大型星艦火箭再創(chuàng)紀(jì)錄，金屬3D
- ·國產(chǎn)陶瓷3D打印人工骨修復(fù)，奇遇科技實
- ·3D打印微針陣列貼片可用于小分子、蛋白
- ·普利茅斯藝術(shù)大學(xué)學(xué)生創(chuàng)作海洋浮游生物
推薦內(nèi)容
哥倫比亞大學(xué)采用
失去1/3掌面,浙大
3D打印軟皮墊增強
3D打印替換患病脊
功能材料新“大門
老牌運動品牌Jack熱點內(nèi)容
