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哈工程智造助力物联网传感器“自发电”

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无数支撑物联网运行的传感器,是万物互联的智能化社会不可或缺的核心器件。近日,哈尔滨工程大学水声学院“海洋磁传感器和探测”团队的青年教师储昭强副教授研究设计了一种新型弱磁能收集器结构,可使物联网传感器免于更换、维修电池等人工繁琐操作,实现弱磁条件下的“自发电”,其输出功率比传统磁能收集结构提高约120%。


近年来,研究者们尝试利用磁场能量收集技术来代替电池为无线传感器供电,悬臂梁式的磁-机-电俘能器件应运而生,但其一般只对大于5个Oe(物理单位)的磁场有较好的能量收集效果。但人体可接触的安全磁场是不高于1个Oe的弱磁场环境,由此研究设计新的器件结构,提高磁场俘能器件的弱磁响应十分必要。



在储昭强副教授发表的论文中,提出了一种两端夹持式的谐振结构,为磁场能量收集技术提供了一种新的思路。其二阶工作模式,降低了磁性质量块的动能,在增加磁铁体积的情况下大大提升了系统在弱场条件下的输出性能。



实验表明,相同激励条件下,该能量收集器的输出功率比传统悬臂梁式结构提高了约 120%,完全可以使没有安装电池的传感器正常工作并与手机终端进行通信连接。


据了解,该研究的学术论文“两端夹持磁-力-电俘能器件中显著增强的弱磁能量回收性能” 在能源材料领域国际著名期刊《先进能源材料》在线发表。哈尔滨工程大学为该论文的第一完成单位。


该文提出了一种两端夹持(clamp-clamp,简称C-C)的MME能量收集器。和传统悬臂梁式MME能量收集器所不同的是:C-C MME能量收集器工作于二阶弯曲模态。该模态有效降低了系统谐振频率与中心磁铁的强关联特性,其次对称性结构也保证了长梁可以支撑更重的磁性质量块。在这种条件下,基于磁扭矩效应的体积效应即可大大增强系统在低场激励下的输出性能。实验结果表明:在0.48和0.96 Oe的激励下,C-C MME能量收集器的平均输出功率分别达到了370 和 970 。与此同时,通过连续收集50 Hz, 0.48 Oe的磁场能,C-C MME能量收集器也完全可以使无电池的商用温湿度传感器正常工作并与手机终端进行通信连接。该工作对磁场能量收集技术提供了一种新的思考,也有望拓展并丰富其物理内涵。



近年来,水声工程学院“海洋磁传感器和探测”团队从无到有并逐渐壮大,持续瞄准水下目标多传感探测的基础理论、关键技术和工程应用,全面开展基础磁材料、磁传感器研制、水下信息感知和处理等技术研究,已形成了小型化、低功耗海洋磁力仪及应用领域能力。


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