微型压电及磁电式能量采集器的研究进展

无线传感器网络是二十一世纪影响人们生活的关键技术之一,具有广阔的应用前景,而微型能量采集器因最有可能代替传统电池为其节点供电,已成为国内外的研究热点。重点介绍了国内外压电式及磁电式微型能量采集器的研究进展;分析了其结构设计、器件性能,包括器件固有频率、输出电压以及输出功率等关键性参数,总结了其能量收集模块与能量储存模块的优缺点,对未来研究工作所面临的挑战及发展趋势进行了讨论。     

基于小波神经网络的逆变器功率开关故障诊断

针对逆变器经常出现的功率开关器件开路故障问题,提出了一种基于小波分析和神经网络的逆变电路功率器件开路故障检测和诊断方法。利用小波递归方法对逆变器输出电流信号进行分析处理,实现了逆变器故障检测。通过小波多尺度分析,获得了信号各层细节系数及其能量,对能量进行归一化处理,得到不同故障状态的故障特征,将其作为BP神经网络输入,通过观察网络输出实现了功率器件开路故障分离。仿真结果表明,该方法可以实现功率开关器件故障检测与分离。     

基于U型电极的铁电纳米纤维柔性能量收集器件制备研究

主要研究基于聚偏氟乙烯-三氟乙烯[P(VDF-TrFE)]铁电纳米纤维的柔性能量收集器件.通过利用MEMS加工技术和湿法刻蚀工艺在聚酰亚胺(PI)膜上制备多对U型交叉金电极,并且利用静电纺丝技术在U型电极对的表面收集排列有序的P(VDF-TrFE)纳米纤维,最后利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)整体封装制备成柔性能量回收器件.经过测试,能量回收器件拥有不错的电学输出性能,其输出电压可以达到0. 9 V,短路电流可以达到100 nA,展现了其在可穿戴应用和自供电器件方向的应用潜力.     

能量转换器件参数对氚和~(147)Pm辐射伏特同位素电池性能影响

采用理论模拟和实验方法,开展单晶硅PN结能量转换器件的结构参数和性能对氚源和147Pm源加载下的同位素电池输出性能影响研究.结果显示:同样的能量转换器件参数(包括表面钝化层厚度、顶层掺杂浓度和厚度、基层掺杂浓度和厚度、器件的漏电流等)对不同加载放射源的辐伏同位素电池输出性能影响相差较大.该结果对选择不同加载源的辐伏同位素电池能量转换器件设计具有较大指导和参考作用.     

无He运转横向激励高气压脉冲CO_2激光器工作特性研究

本工作测量了无He气工作时横向激励高气压脉冲 CO_2激光器工作特性。在本实验条件下,得到最佳配气比为C0_2:N_2=1:1.3—1.4,最佳总气压为220～240托和适当增加电极间距可以增大输出能量线性区的结果。为此类器件的应用提供了数据。     

紫外辐射预电离的高气压激光器

横向激励高气压激光器(TEA激光器)的研制和改进是当前气体激光器件发展的重要方面之一。高气压激光器由于具有输出能量(功率)密度、效率和运转频率较高的性能;且因增益轮廓的压力加宽,能实现锁模运转获取高功率超短脉冲,以及有可能作为连续调谐的相干光源,因此受到人们的重视。在高气压下实现大体积均匀放电激励是这类器件的关键。增加工作气压和激励体积,可获取高能量输出,并充分发挥其特有的性能。但同时亦往往就导致其激活空间的不均     

柔性梁颤振机理在压电式微型风能收集器设计中的应用

提出了基于颤振机理的微型风能收集器,采用颤振的柔性梁牵引锆钛酸铅(PZT)压电梁发生振动.通过风洞实验研究了柔性梁颤振发生的过程,发现颤振发生在切入临界风速与切出临界风速之间.分析了柔性梁的长和宽对器件性能的影响,发现随柔性梁长度增加,收集器的临界风速、颤振频率、输出电压和功率等性能都减小;随着宽度增加,临界风速基本不变,而颤振频率、输出电压和功率都增加.微型风能收集器的最低临界风速为6.4 m/s,最大输出功率为1.30 mW.结果表明柔性梁结构降低了PZT梁的切入临界风速,提高了输出功率,证实了基于柔性梁颤振结构的微型风致振动能量收集器的可行性.     

基于三分类支持向量机的船用逆变器故障诊断

针对电力推进船舶逆变器存在的开关器件开路故障诊断问题,提出一种基于三分类支持向量机的故障诊断方法。利用对称分量分析方法获得逆变器输出正序瞬时值分量,通过对信号进行小波包分解,得到不同开关元件故障下的小波能量,规范化后作为对应开关器件故障特征。根据开关器件位置和逆变器输出波形特点对开关器件进行分组,利用三分类支持向量机实现故障分类。仿真分析结果表明,该三分类支持向量机故障分类正确率94.29%,诊断方法有效。     

激光二极管泵浦的调 Q Nd:YVO_4绿激光器

研制成用激光二极管泵浦的声光调Ｑ的Ｎｄ：ＹＶＯ４腔内倍频激光器，得到了ＴＥＭ００模、频率高达１００ｋＨｚ的稳定的５３２ｎｍ绿激光脉冲系列输出，阈值泵浦功率２７ｍＷ；在连续５７０ｍＷ的泵浦功率下，绿激光脉冲的峰值功率１．１ｋＷ，脉宽４．６ｎｓ；输出功率稳定，在±５℃的工作温度变化下，输出功率变化小于±２％。实验发现：在一定的泵浦功率范围内，随着泵浦功率的增加，１．０６４μｍ基频光的输出能量逐渐增加到一个最大值，然后又逐渐降低；而５３２ｎｍ倍频光的输出能量却一直单调增加；同时激光脉冲宽度也逐渐减小，趋向一个最小值；倍频光脉冲宽度远小于基频光脉冲宽度。声光调制器的质量对器件性能有很大的影响。     

驻极体静电能量采集器的结构优化

设计了基于高弹驻极体膜的可变电容静电能量采集器,通过有限元仿真模型研究了器件结构参数对输出功率的影响。制备并表征了优化结构的器件,实验和数值计算结果吻合。通过调节驻极体膜的预拉伸状态和振子的质量能够改变结构刚度和谐振频率,进而影响能量采集器的输出功率。结果表明:由大小和面电荷密度分别为30 mm×10 mm和0.6 m C·m~(-2)的高弹氟化乙丙烯(FEP)驻极体膜、深度为4.0 mm的V型感应电极,以及质量为0.06 g振子构成的能量采集器,在1g(g为重力加速度)正弦加速度激励和20 Hz谐振频率下的输出功率高达870μW。     

α-AlH3对凝聚相炸药能量输出的影响

向凝聚相炸药中添加α-AlH_3会使爆轰产物中的氢气含量迅速增加,增加气态爆轰产物的量。为了研究α-AlH_3对凝聚相炸药能量输出的影响,制备了含α-AlH_3的HMX基炸药,研究了其能量输出规律。研究表明,与同质量分数的含铝炸药相比,含α-AlH_3炸药爆轰冲击波的加载能力和爆轰产物膨胀做功能力较弱,爆轰产物在膨胀后期做功较多,二者对外输出的总能量相当。     

基于压电薄膜材料PVDF的能量采集结构研究

为了提高基于PVDF压电材料的能量采集效率,利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件对双晶压电悬臂梁进行研究。首先,对悬臂梁结构的压电振子进行了稳态分析、模态分析和谐响应分析,同时对4种不同基板材料压电振子电压输出特性做了研究比较;其次,对悬臂梁压电振子结构进行了优化设计。对其形状的研究表明:矩形悬臂梁的输出电压最高;随着悬臂梁的长宽比增加,其输出电压逐渐增大;在压电材料面积固定时,增加长度、减小宽度都能提高输出电压,为设计最佳的能量采集器提供理论依据。     

能量传输对基于4CzTPN-Ph发光器件磁效应的调控

把三重态激子(T_1)与单重态激子(S_1)能量接近的典型热辅助延迟荧光材料4CzTPN-Ph作为掺杂客体,以具有不同T_1能量的材料分别作为掺杂主体、空穴传输层和电子传输层,制备了一系列基于4CzTPN-Ph掺杂的有机发光二极管,并测量了这些器件在室温下的磁电致发光效应(Magneto-Electroluminescence, MEL)和磁电导效应(Magneto-Conductance, MC),以及器件随温度变化的MEL和MC.实验发现:室温下,当空穴传输层、电子传输层和掺杂主体分别选用T_1能量高低不同的材料时,各器件的MEL和MC在低磁场范围(|B|20 mT)分别呈现出不同变化规律的线型,具体表现为当器件各功能层同时都选用较高T_1能量的材料时,器件MEL的幅度在低磁场范围内表现出随注入电流的减小而变小的反常行为,并出现了由正到负的转变, MC曲线则表现出符号为负且其幅度随磁场的增加而变大的RISC属性;而当器件的空穴传输层、电子传输层或掺杂主体材料的三重态能量较低时, MEL和MC表现出减弱的RISC过程;并且,当电子传输层或掺杂主体选用三重态能量与4CzTPN-Ph接近的Alq_3时, MEL和MC直接表现出类似未掺杂的Alq_3荧光器件的线型.分析器件的能量传输过程可知, T_1能量高低不同的空穴传输层、电子传输层或掺杂主体材料对4CzTPN-Ph三重态能量的束缚能力不同,造成各器件中T_1激子不同的传输通道和能量损失,从而使各器件在低磁场范围出现了不同的MEL和MC线型.本研究不仅丰富了能量传输对4CzTPN-Ph发光器件内部机制的认识,同时也对TADF器件中三重态激子的可控应用提供了一定的理论参考.     

采用振动能量技术的稳压电源设计

为了解决无线终端等低功耗嵌入式设备的供电问题,提出了一种采用振动能量采集芯片的稳压电源设计方案.介绍了振动能量采集器的工作原理,给出了稳压电源电路设计方案,分析了能量转换的工作过程,并根据振动采集的特点和负载供电的需求,选择合适的无源器件参数.最后给出了仿真数据,结果表明:该振动能量稳压电源转换效率高,输出电压纹波和噪声低,能够为适用负载提供可靠供电.     

低功率信号驱动的相对论速调管研究

在相对论速调管放大器中, 由于弱调制电子束通过中间腔会激发较强微波场来实现电子束群聚, 在调制腔和输出腔之间增加中间腔可以有效降低注入微波功率, 提高放大高增益, 然而这种中间腔, 尤其是多个中间腔, 会导致器件中高次模的激发, 影响器件工作模式的正常工作, 产生微波脉冲缩短等现象. 根据高次模激发的正反馈过程, 采取相应措施可以提高其阈值电流, 使其大于工作电流, 从而避免高次模对工作模式的影响; 由此设计了一个电子束参数为5 kA, 电子能量600 kV、高增益S波段相对论速调管, 模拟微波输出功率1.1 GW, 注入微波功率6.8 kW, 相应增益为1.6×10⁵.     

恒定增益Q开关仪的研制

通常的定时调Q固体激光器(例Nd~( 3):YAG),由于泵浦能量的起伏而影响了激光器输出能量的稳定性,如果不是在泵浦后的固定时刻打开Q开关,而是在超辐射强度达到某一固定值时打开,便可得到稳定的输出。本文描述了这种恒定增益Q开关的设计;测量了输出脉冲激光能量的稳定性以及输出脉冲宽度,并与定时Q开关性能做了比较,结果其输出激光脉冲能量的稳定性提高了三倍。     

超声波无线能量传输系统建模

通过压电器件进行能量传输在植入式生物医学领域具有良好的应用前景.植入深度是超声波无线能量传输系统的关键参数.为了研究植入深度对传输效率的影响,设计了一套水下超声波无线能量传输系统,通过调整发射器和接收器之间的相离来模拟不同植入深度,采集了接收器的输出电压数据;利用SPSS和Matlab软件,运用统计学方法对实验数据进行分析,建立了线性回归模型,并对模型进行了校验.实验结果表明:超声波能量传输效率与发射器和接收器之间的距离有关,接收器输出电压随距离的增大而减小;所建模型的拟合度达95%,预测误差小于10%,具有较好的预测效果.     

LD侧面泵浦被动Q开关Nd:YAG激光器模拟与实验研究

该研究考虑被动调Q过程的动态损耗,即考虑可饱和吸收体的吸收系数随时间的变化,分析了LD端面泵浦被动Q开关Nd:YAG激光器的速率方程组。数值模拟了在不同可饱和吸收体初始透过率,以及不同输出耦合镜透过率的情况下,输出激光的单脉冲能量和脉宽。并与试验结果进行了对比。模拟结果和实验结果相符合。研究结果表明随着初始透过率的增加单脉冲能量逐渐减小,而脉宽逐渐增大。随着输出耦合镜透过率的增加,单脉冲能量先增大后减小,脉宽先减小后增大。     

高掺铒光纤激光器输出特性的研究

对高掺铒光纤激光器的输出特性进行了研究，实验中观察到随泵浦能量增加，激光器由连续运转变为脉动输出（微秒量级），继续增加泵浦能量，在展开的脉冲包络中观察到了纳秒调制信号，其密度小于2ns，用离子对交叉驰豫模型及光 的非线性效应－受激布里渊散射对实验结果进行了定性解释。     

改进二次型Boost变换器的研究与分析

传统二次型Boost变换器具有较高的升压能力,但其开关器件的电压、电流应力较大,增加了电路的体积与成本。笔者在传统二次型Boost 变换器的基础上,结合高增益Boost 三端网络,提出改进二次型Boost变换器,并对其连续工作模式下的工作原理及各开关器件的电压、电流应力进行了分析。分析结果表明,改进二次型Boost 变换器不仅升压能力有所提升,而且在输出电压相同的情况下,开关器件的电压、电流应力有所降低。最后,通过仿真分析验证了该变换器的正确性和可行性。