Toma Daniel 122a Energy Harvesting [610428]

Toma Daniel

21 OCTOMBRIE 2019

Tema de casă aleasă: „Energy harvesting”

Facultatea de Inginerie Electrică

Anul: II

Grupa: 122A

Universitatea Politehnica din Bucure
ș
ti

Recoltarea energiei piezoelectrice pe bază de compozit

bi-stabil stratificat

Odată
cu
apari
ț
ia
senzorilor
de
putere
redusă,
wireless
ș
i
autonom,
recoltarea
de

energie
este
considerată
o
modalitate
poten
ț
ială
de
a
înlocui
bateriile
ș
i
de
a
realiza

auto-alimentarea
devine
o
zonă
de
cercetare
foarte
activă
[1,
2].
Materialele
piezoelectrice
pot

fi
încorporate
în
structura
gazdă
pentru
a
converti
energia
de
tulpină
a
structurii
gazdă
în

energie
electrică
prin
piezoelectric
direct
efect,
deci
tehnica
de
recoltare
a
energiei

piezoelectrice
devine
una
dintre
metodele
principale
de
recoltare
a
energiei
vibra
ț
iilor.
În

compara
ț
ie
cu
metodele
electromagnetice
ș
i
electrostatice,
principalele
avantaje
ale
tehnicii

de
recoltare
a
energiei
piezoelectrice
sunt
densitatea
de
putere
mai
mare
ș
i
flexibilitatea
mai

mare a integrării într-un singur sistem [3].

Datorită
structurii
simple
ș
i
a
u
ș
urin
ț
ei
de
a
produce
o
tulpină
medie
relativ
ridicată

pentru
o
anumită
for
ț
ă
de
intrare,
recoltarea
tipică
de
energie
piezoelectrică
formată
dintr-un

fascicul
cu
volan
cu
elemente
piezoelectrice
ata
ș
ate
lângă
capătul
său
de
prindere
este

analizată
ș
i
proiectată
pe
scară
largă.
Ma
ș
ină
de
recoltat
tip
cantilever
func
ț
ionează
pe

1
principiul
fundamental
al
rezonan
ț
ei
liniare.
Înseamnă
că
transduc
ț
ia
maximă
de
energie
de
la

sursa
de
vibra
ț
ie
la
ma
ș
ina
de
recoltat
poate
fi
ob
ț
inută
prin
reglarea
frecven
ț
elor
naturale
ale

fasciculului
gazdă
pentru
a
fi
egală
sau
foarte
aproape
de
frecven
ț
a
de
excita
ț
ie.
Prin
urmare,

lă
ț
imea
de
bandă
a
frecven
ț
ei
a
ma
ș
inii
de
recoltare
liniare
este
de
obicei
limitată
la
un

interval
specific,
iar
puterea
de
recoltare
liniară
ar
fi
redusă
drastic
atunci
când
frecven
ț
a

sursei de vibra
ț
ie se abate u
ș
or de frecven
ț
a rezonantă a recoltoarelor.

Cu
toate
acestea,
energia
vibra
ț
iilor
ambientale
este
distribuită
pe
un
spectru
larg
de

frecven
ț
e
sau
frecven
ț
ele
dominante
derivă
în
timp
în
multe
aplica
ț
ii.
Au
fost
prezentate
mai

multe
solu
ț
ii
pentru
a
rezolva
această
problemă.
Mecanismul
de
reglare
este
o
metodă

poten
ț
ială
pentru
recoltar ea
energiei
în
bandă
largă,
care
folose
ș
te
mijloace
pasive
sau
active

1

​
„cantilever” – tradus în română ar însemna „grindă consolă”, dar nu are traducere exactă, a
ș
a că am folosit

varianta în engleză

pentru
a
varia
frecven
ț
a
fundamentală
a
recoltoarei
pentru
a
se
potrivi
cu
frecven
ț
a
dominantă

a
sursei
de
vibra
ț
ii
[4,
5].
Cu
toate
acestea,
nu
este
foarte
eficientă
când
frecven
ț
a
vibra
ț
iilor

este
aleatorie
sau
variază
rapid,
iar
mecanismul
de
reglare
necesită
putere
externă
sau

proiectare
complicată.
Recoltoarele
neliniare
au
fost
propuse
pentru
recoltarea
energiei
în

bandă
largă
care
beneficiază
de
capacitatea
neliniarită
ț
ilor
de
a
extinde
cuplarea
dintre

excita
ț
ie
ș
i un oscilator armonic la o gamă mai largă de frecven
ț
ă.

Ma
ș
ina
de
recolta t
neliniară
cu
poten
ț
ial
bi-stabil
se
dovede
ș
te
a
fi
un
candidat
bun

pentru
recoltarea
energiei
în
bandă
largă.
S-a
demonstrat
că
atunci
când
este
proiectată
cu

aten
ț
ie,
energia
bi-stabilă
recoltoarele
pot
oferi
niveluri
de
putere
semnificative
pe
o
gamă

largă
de
frecven
ț
e
sub
excita
ț
ie
armonică
în
stare
constantă.
Sistemele
bi-stabile
au
două

pozi
ț
ii
stabile
de
echilibru
între
care
se
pot
prinde
sub
un
anumit
nivel
de
excita
ț
ie.
În
general,

ma
ș
ina
de
recoltare
bista bilă
se
poate
realiza
prin
aplicarea
for
ț
ei
magnetice
[6]
sau
a
sarcinii

axiale
[7]
pentru
a
catara
fascicul
piezoelectric.
Energia
poten
ț
ială
de
bi-stabilitate
poate
fi

reglată în func
ț
ie de mări mea for
ț
ă magnetică sau sarcină axială.

Cu
toate
acestea,
un
astfel
de
sistem
magnetic
bi-stabil
ar
necesita
un
aranjament

obturator
al
magne
ț
ilor
externi
ș
i
ar
putea
genera
electromagneti ce
nedorite
câmpuri
[8].
Un

laminat
compozit
alternativ
bi-stabil
a
fost
dezvoltat
pentru
bandă
largă
recoltarea
energiei.

Această
revizuire
î
ș
i
propune
să
revizuiască
tehnologiile
de
recoltare
a
energiei
piezoelectrice

bazat
pe
două
straturi
compozite
bi-stabile
diferite
ș
i
află
poten
ț
ialele
beneficii
ș
i
defecte
din

tehnicile de recoltare a energiei existente folosind straturi compozite bi-stabile.

Laminat compozit bi-stabil

Laminatul
compozit
asimetric
bi-stabil
a
fost
raportat
în
primul
rând
de
Hyer
în
1981

[9,
10].
El
a
constatat
că
stratul
sub
ț
ire
asimetric
poate
avea
două
forme
cilindrice
stabile,

care
sunt
atribuită
tensiunilor
termice
datorate
diferen
ț
ei
de
expansiune
termică
a
laminatului.

Datorită
limitării
teoriei
clasice
a
laminării
care
prevede
că
toate
sunt
asimetrice
laminatele
au

o
formă
de
ș
a
curbată
în
care
cele
două
curburi
sunt
întotdeauna
cu
semn
opus,
Hyer
a

dezvoltat
o
teorie
pentru
a
explica
caracteristicile
formelor
curbe
ale
asimetricelor
sub
ț
iri

laminate.
Această
teorie
a
introdus
neliniarită
ț
ile
geometrice
von-Karman
în
teoria
laminării

clasice
pentru
a
capta
forme
de
temperatură
a
camerei
ș
i
pe
baza
metodei
Rayleigh-Ritz
pe

conceptul
de
energie
poten
ț
ială
totală
minimă
s-a
utilizat
pentru
ob
ț
inerea
formelor
curbate.

prezicerea
formelor
la
temperatura
camerei
a
laminatului
asimetric
devine
una
dintre

cercetările
majore
direc
ț
ii
în
următoarele
decenii.
Modelul
analitic
poate
fi
îmbunătă
ț
it
prin

ipoteze
mai
rezonabile
pentru
deplasări
ș
i
eforturi,
astfel
încât
precizia
ș
i
eficien
ț
a
pot
fi

ob
ț
inute
într-un
bun
echilibru
[11].
În
plus,
dezvoltarea
metodei
elementelor
finite
face

posibilă
prezice
formele
la
temperatura
camerei
ale
stratului
asimetric
cu
condi
ț
ii
de

geometrie
mai
complexe.
O
altă
caracteristică
interesantă
a
laminatului
bi-stabil
este

comportamentul
instantaneu,
care
a
fost
studiat
pe
larg.
Recent,
aplica
ț
iile
poten
ț
iale
ale

bi-stabilului
laminatul
a
primit
o
aten
ț
ie
considerabilă.
Una
dintre
aplica
ț
iile
poten
ț
iale
este

transformarea
structura.
Principalul
avantaj
al
stratului
bi-stabil
ca
structură
morfantă
este

acela că are două pozi
ț
ii stabile în care structura se poate men
ț
ine fără a cere o putere externă.

Mai
mult
decât
atât,
are
nevoie
de
o
intrare
de
energie
foarte
mică
pentru
a
o
declan
ș
a

dintr-o
pozi
ț
ie
stabilă
în
celălalt
cu
o
deviere
relativ
mare.
Mul
ț
i
cercetători
au
studiat

fezabilitatea
laminatului
bistabil
ca
structură
morfantă
din
diferite
perspective,
precum

metoda
de
ac
ț
ionare
ș
i
dinamică
[12].
O
altă
aplica
ț
ie
poten
ț
ială
a
laminatului
bi-stabil
este

energia
recoltare.
Laminatul
bi-stabil
poate
oferi
o
deformare
structurală
mare
rezultată
din

comportament
snap-through.
Elementele
piezoelectrice
vor
ob
ț
ine
tulpini
mari
ș
i
vor
produce

un
nivel
ridicat
energie
electrică
dacă
elementele
piezoelectrice
sunt
ata
ș
ate
la
suprafa
ț
a

laminatului bi-stabil.

Comparativ
cu
utilizarea
mecanismului
magnetic,
această
ma
ș
ina
de
recoltare
de

energie
bi-stabilă
are
patru
avantaje
principale:
(1)
amenajarea
poate
fi
proiectată
pentru
a

ocupa
un
spa
ț
iu
mai
mic;
(2)
nu
există
magnetice
câmpuri;
(3)
laminatul
poate
fi
u
ș
or

combinat
cu
materiale
piezoelectrice;
(4)
există
poten
ț
ial
pentru
a
controla
răspunsul

recoltoarei prin ajustarea structurii
ș
i geometriei..

Conform
formelor
stabile
ș
i
stabile,
recoltă
bi-stabilă
pe
bază
de
strat
compozit
pot
fi

clasificate
în
două
categorii.
Primul
este
ma
ș
ina
de
recoltare
asimetrică
pe
bază
de
laminat.

Acest
laminat
bi-stabil
asimetric
este
realizat
dintr-un
polimer
armat
cu
fibră
de
carbon

(CFRP), a
ș
a cum se arată în
​
Figura 1(a)
​
.

Figure 1.
​

​
(a)
​
Secven
ț
a de stivuire a stratului asimetric;
​
(b)
​
două forme stabile ale stratului asimetric.

Pentru
stratul
asimetric,
reziduul
termic
stresul
care
produce
deformare
curbă
rezultă

din
diferen
ț
ele
în
coefic ientul
de
expansiune
termică
dintre
fibra
de
carbon
ș
i
matricea

epoxidică
în
timpul
procesului
de
răcire
de
la
un
nivel
ridicat
vindeca
ț
i
temperatura
până
la

temperatura
camerei.
Atunci
când
raportul
dintre
lungimea
muchiei
ș
i
grosimea
cre
ș
te
la
o

valoare
specifică,
laminatele
asimetrice
au
două
forme
stabile
aproximativ
cilindrice,
ca

prezentată
în
​
Figura
1(b)
​
.
Direc
ț
ia
de
curbură
a
două
forme
este
ortogonală
între
ele,
dar

magnitudinea curburii este egală între ele.

Figura
2.
(a)
​
Secven
ț
ă
de
stivuire
simetrică
pentru
un
strat
simetric
hibrid
bi-stabil;
​
(b)
forme
stabile

ale a două straturi simetrice hibride bi-stabile [13].

Cealaltă
categorie
este
ma
ș
ina
de
recoltat
hibrid
simetrică
pe
bază
de
laminat.
Li
ș
i

colaboratorii
au
prezentat
un
strat
simetric
hibrid
bi-stabil
(BHSL)
prin
combinarea
straturilor

de aluminiu
ș
i straturile C FRP.

Bi-stabilitatea
este
indusă
de
diferen
ț
a
coeficien
ț
ilor
de
expansiune
termică
dintre

aluminiu
ș
i
CFRP.
De
obicei,
secven
ț
a
de
stivuire
a
BHSL
este
prezentată
în
​
Figura
2(a)
​
.

Există
două
tipuri
de
regiuni,
care
sunt
regiunea
hibridă
ș
i
regiunea
compusă.
Secven
ț
a
de

stivuire
a
două
regiuni
este
simetrică.
Acest
laminat
hibrid
simetric
prezintă
două
forme

cilindrice
stabile
cu
aceea
ș
i
curbură
longitudinală
în
direc
ț
ia
opusă,
a
ș
a
cum
se
arată
în

Figura 2(b).

Recoltarea energiei piezoelectrice pe bază de laminat bi-stabil

Ma
ș
ină de recoltat asimetrică pe bază de laminat

Laminatul
asimetric
a
fost
cercetat
de
câteva
decenii.
Predic
ț
ia
formei
temperaturii

camerei
ș
i
a
fenomenelor
de
bifurca
ț
ie
cu
parametri
diferi
ț
i
(dispunere,
geometrie,
grosime
ș
i

a
ș
a
mai
departe)
se
poate
ob
ț
ine
un
nivel
rezonabil
de
precizie
cu
un
teoretic
fiabil
modelul
ș
i

metoda
elementului
finit.
Noua
provocare
pentru
laminatul
asimetric
este
de
a
găsi
o
scenariu

de
aplica
ț
ie
adecvat
în
func
ț
ie
de
caracteristicile
sale
particulare .
Aplicarea
morphing-ului
în

primul rând, structura a fost prezentată, de exemplu, aerul morfant
ș
i cutia de margine.

De
ș
i
laminatul
asimetric
este
un
bun
candidat
pentru
structura
morfingă,
cum
să

declan
ș
eze

comportamentul
snap-through
devine
o
problemă.
Pentru
a
rezolva
această
problemă,
multe

tipuri
de
cercetare
au
studiat
mi
ș
carea
instantanee
a
laminatului
asimetric
cu
diferite
metode,

cum
ar
fi
ac
ț
ionare
piezo electrică,
ac
ț
ionare
aliaj
de
memorie
ș
i
ac
ț
ionare
încălzire
metoda

adoptată
în
ac
ț
ionarea
piezoelectrică
este
aceea
care
aplică
tensiune
pe
patch-uri

piezoelectrice ata
ș
at la su prafa
ț
a laminatului permite deformarea petelor piezoelectrice.

Astfel,
laminatul
asimetric
se
poate
prinde
odată
ce
tensiunea
de
aplicare
este
suficient

de
mare.
Ac
ț
ionarea
piezoelectrică
utilizează
efectul
piezoelectric
direct.
Dimpotrivă,

tensiunea
va
fi
generată
de
patch-uri
piezoelectrice
rezultate
din
efectul
piezoelectric
invers

atunci
când
laminatul
asimetric
se
deformează
sub
excita
ț
ie
externă.
Prin
urmare,
aplicarea

stratului asimetric se extinde la recoltarea energiei piezoelectrice.

Arrieta
ș
i
colabor atorii.
În
primul
rând,
a
prezentat
o
recoltoare
de
energie
pe
bandă

largă
neliniară
pe
bază
de
piezoelectrice
pe
laminatul
asimetric
în
2010.
Numai
rezultatele

experimentale
au
fost
raportate
în
acest
timp
mai
devreme
muncă.
Acest
strat
stratificat
de

200
200
mm
asimetric
pătrat
cu
a
fost
montat
de
la
centrul
său
la
un
agitator
electromecanic

ș
i
patru
plasturi
piezoele ctrice
flexibile
PZT-5A
au
fost
lipite
pe
suprafa
ț
a
laminatului,
a
ș
a

cum se arată în
​
Figura 3.

Cinci
tipuri
de
răspunsuri
neliniare
au
fost
observate
în
experimente.
După
cum
se

arată
în
​
Figura
4(a)
​
,
aceste
cinci
tipuri
de
răspunsuri
sunt
oscila
ț
ia
liniară,
oscila
ț
ia
ciclului

limită
de
amplitudine
mare
(LCO),
oscila
ț
ie
haotică,
oscila
ț
ie
intermitentă
ș
i
oscilare

subarmonică
1/2.
LCO
cu
amplitudine
mare,
oscila
ț
ie
haotică
ș
i
oscila
ț
ie
intermitentă
implică

un
comportament
înclinat
între
două
forme
stabile,
astfel
încât
ie
ș
irea
de
tensiune

corespunzătoare
acestor
trei
tipuri
de
răspunsuri
este
aparent
mai
mare
decât
cele
două

răspunsuri.
În
consecin
ț
ă,
puterile
de
ie
ș
ire
ale
acestor
trei
tipuri
sunt
de
asemenea
mai
mari,

a
ș
a
cum
se
arată
în
​
Figu ra
4(b)
​
.
LCO-ul
de
intermiten
ț
ă
ș
i
amplitudine
mare
poate
da
34
ș
i

respectiv 27 mW sub un nivel de accelera
ț
ie for
ț
ată de 2,0 g.

Figura 3.
​
Ma
ș
ină de recoltat energie piezoelectrică pe bază de laminat asimetric.

Figura
4.
(a)
​
Răspunsuri
diferite
pentru
un
nivel
de
for
ț
are
2
g:
Răspuns
liniar
la
7,5
Hz;
LCO
de

amplitudine
mare
la
8,6
Hz;
oscila
ț
ii
haotice
la
12,5
Hz;
oscilatii
intermitente
la
9,8
Hz;
1/2
oscila
ț
ii

subarmonice
la
20,2
Hz.
​
(b)
​
Putere
medie
experimentală
vs.
rezisten
ț
ă
la
încărcare
pentru
răspunsuri

diferite.

Pentru
oscilarea
haotică,
puterea
medie
maximă
a
fost
de
9
mW.
Experimental,

rezultatele
acestei
lucrări
ilustrează
faptul
că
stratul
bi-stabil
asimetric
are
o
dinamică
bogată

pentru
recoltarea
de
energie
neliniară
ș
i
este
un
candidat
poten
ț
ial
pentru
recoltarea
energiei

în
bandă
largă
prin
combinarea
intervalelor
în
care
apar
LCO
cu
amplitudine
mare,
oscila
ț
ie

haotică
ș
i oscila
ț
ie intermitentă.

Betts
ș
i
colabo ratorii
[8]
au
publicat
mai
multe
lucrări
pentru
optimizarea

configura
ț
iilor
laminatulu i
asimetric
pentru
îmbunătă
ț
irea
generarii
energiei
electrice
în
2012.

Acest
piezo-laminat
a
fost
considerat
în
aranjamentul
de
ac
ț
ionare,
a
ș
a
cum
se
arată
în
​
Figura

5.
For
ț
a
de
ac
ț
ionare
aplicată
pe
centrul
suprafa
ț
a
laminată
în
timp
ce
deplasările
din
toate

cele
patru
col
ț
uri
au
fost
restric
ț
ionate
în
zdirec
ț
ie.
Optimizarea
s-a
bazat
pe
stările
statice
ale

sistemului,
astfel
încât
puterea
de
energie
electrică
depinde
de
prinderea
între
două
forme

stabile. M8557-P1 MFC a fost utilizat ca material piezoelectric.

Figura 5.
​
Aranjament de ac
ț
ionare pentru un laminat cu acoperire piezoelectrică 40%.

Maximizarea
energiei
electrice
generate
în
două
seturi
de
patru
straturi
piezoelectrice

a
fost
un
obiectiv
optimizabil
în
mai
multe
condi
ț
ii
de
constrângere,
cum
ar
fi
suprafa
ț
a

laminată,
limitarea
tulpinii
piezoelectrice
ș
i
bistabilitatea.
Au
fost
adoptate
patru
variabile

care
sunt
orientarea
stratului,
grosimea
unei
singure
straturi,
raportul
aspectului
ș
i
suprafa
ț
a

piezoelectrică.
S-a
constatat
că
laminatele
cu
pătrat
încruci
ș
at
au
oferit
cele
mai
mari

produc
ț
ii
de
energie,
în
timp
ce
curburile
laminatului
au
fost
maximizate
ș
i
aliniate
cu
axa
de

polarizare piezoelectrică.

Rezultatele
optimizării
sunt
semnificative
pentru
proiectarea
recoltoarei
de
energie

bi-stabile
bazată
pe
laminat
asimetric,
dar
optimizarea
a
fost
realizată
din
perspectivă
statică.

Recoltarea
energiei
din
vibra
ț
ii
este
o
problemă
dinamică,
deci
rezultatele
de
optimizare
nu

sunt
foarte
potrivite
pentru
situa
ț
ii
dinamice.
Prin
urmare,
Betts
ș
i
colab.
au
făcut
unele

lucrări
preliminare
despre
tranzi
ț
ia
dinamică
între
stări
stabile,
deoarece
stratul
piezoelectric
a

fost
expus
la
o
for
ț
ă
mecanică
oscilantă
în
acela
ș
i
an.
S-a
constatat
că
laminatele
mai
groase

produceau
un
nivel
mai
ridicat
de
energie
atunci
când
prinderea
este
complet
indusă.
Mai

mult,
încărcarea
dinamică
determină
un
nivel
mai
ridicat
de
tulpini
de
traductoare

piezoelectrice, ceea ce poate provoca defectarea acestuia.

Anul
viitor,
Arrieta
ș
i
colaboratorii
au
prezentat
un
nou
concept
pentru
recoltarea

energiei
în
bandă
largă.
Au
schimbat
starea
delimitării
de
la
fixarea
centrală
la
cantilever

pentru
laminatul
asimetric.
O
structură
simetric-asimetrică
a
fost
proiectată
pentru
a
realiza
o

frontieră
cu
volane
condi
ț
ie,
a
ș
a
cum
se
arată
în
​
Figura
6
(a)
​
.
Dispunerea
simetrică
a
fost

pentru
prindere,
iar
dispunerea
asimetrică
a
fost
pentru
stratificat
bi-stabil.
Două
traductoare

piezoelectrice
flexibile
(Piezo
QP16n)
s-au
legat
pe
suprafa
ț
a
stratului
asimetric
ș
i
au
fost
mai

aproape de rădăcina de prindere.

Figure
6.
(a)
Dispunerea
simetric-asimetrică
care
permite
configurarea
ș
i
pozi
ț
ionarea
cantilever
a

traductoarelor
piezoelectrice.
​
(b)
Forme
stabile
ș
i
deplasare
critică
pentru
un
laminat
bi-stabil

„cantilevrat”.

Cele
două
forme
stabile
ale
acestui
strat
stratificat
bi-stabil
„cantilevrate”
sunt

prezentate
în
​
F
​
igura
6
(b)
​
.
Acolo
sunt
trei
avantaje
semnificative
pentru
acest
proiect.
În

primul
rând,
acest
tip
de
aranjament
permite
exploata
tulpini
înalte
dezvoltate
aproape
de

rădăcina
de
prindere
de
către
traductoarele
piezoelectrice;
În
al
doilea
rând,
configura
ț
ia

cantilever
duce
la
deplasări
mari,
având
în
vedere
considerabil
distan
ț
a
de
la
rădăcină
până
la

vârf;
În
al
treilea
rând,
configura
ț
ia
cu
cantilevered
permite
mai
multe
integrare
naturală
cu

structura gazdă.

Două
exemplare
cu
lungime
diferită
au
fost
fabricate
ș
i
respectiv
testate.
Neliniare

comportamentele
a
două
exemplare
au
fost
studiate
prin
frecare
de
frecven
ț
ă
pentru
o

accelera
ț
ie
de
bază,
ca
arătat
în
​
Figura
7,
unde
punctele
albastre
ș
i
cruci
ro
ș
ii
prezintă

frecven
ț
ă
cu
ini
ț
ialul
condi
ț
ie
la
starea
1
ș
i
respectiv
2,
iar
săge
ț
ile
prezintă
regiuni
de

dinamică încruci
ș
ată.

Figura
7.
(a)
​
Răspuns
frecven
ț
ă-tensiune
împotriva
frecven
ț
ei
for
ț
ate
a
specimenului
A
(Lx
=
168

mm).
Nivelul
de
accelerare
a
bazei
de
0,33
g
ș
i
o
rezisten
ț
ă
de
încărcare
de
66
kΩ.
​
(b)
răspunsul

frecven
ț
ă-tensiune
împotriva
frecven
ț
ei
for
ț
ate
a
specimenului
B
(Lx
=
178
mm).
Nivelul
de

accelerare a bazei de 0,25 g
ș
i o rezisten
ț
ă la încărcare de 66 kΩ [30].

Datorită
stării
de
grani
ț
ă
cantilerated,
cele
două
forme
stabile
sunt
în
întregime

asimetrice
care
duce
la
diferite
răspunsuri
neliniare,
în
func
ț
ie
de
starea
ini
ț
ială.
Specimen
B

cu
lungimea
mai
lungă
are
o
gamă
mai
largă
de
oscilare
a
godeurilor
încruci
ș
ate
decât

exemplarul
A.
Cantilevered
laminatul
bi-stabil
poate
fi
declan
ș
at
să
se
prindă
la
un
nivel

scăzut
de
excita
ț
ie
de
bază.
În
plus,
puterea
ob
ț
inută
a
acestui
proiect
variază
între
35
ș
i
55

mW
atunci
când
este
adoptat
circuitul
de
recoltare
a
comutării
sincronizate
pe
inductor

(SSHI).

Figura
8.
(a)
​
Forme
stabile
ale
unui
laminat
piezoelectric;
​
(b)
configurarea
experimentală
care

prezintă ata
ș
area mecanică a agitatorului.

În
acela
ș
i
an,
Betts
ș
i
colaboratorii
ș
i-au
extins
activitatea
la
investigarea

experimentală
a
dinamicii
caracteristicile
de
răspuns
ș
i
de
generare
de
energie
a
recoltoarei
de

energie
piezoelectrică
pe
baza
a
pătrat
laminat
cu
dimensiunea
de
190
190
mm.
O
singură

fibră
Marco
piezoelectrică
Stratul
compozit
(MFC)
(M8585-P2,
85
85
mm)
a
fost
ata
ș
at
la

suprafa
ț
a
laminat,
ca
prezentată
în
​
Figura
8
(a)
​
.
Masele
suplimentare
au
fost
ata
ș
ate
la
cele

patru
col
ț
uri
ale
lamina tului
la
cre
ș
te
curburile
realizabile
ș
i
ajută
la
înclinare
în
timpul

oscila
ț
iei.
Întregul
dispo zitiv
a
fost
montat
pe
agitator
din
centrul
său,
a
ș
a
cum
se
arată
în

Figura
​

​
8 (b)
​
.

Tensiunea
în
circuit
deschis
a
fost
măsurată,
iar
deplasările
tridimensionale
au
fost

surprinse
de
un
sistem
Digital
Image
Correlation
(DIC).
Au
avut
rezultate
experimentale

similare
cu
cele
descoperite
de
Arrieta
ș
i
al
ț
i
colaboratori..
Rezultatele
experimentale
au

relevat
faptul
că
modurile
de
oscila
ț
ie
sunt
sensibile
la
frecven
ț
a
ș
i
amplitudinea
vibra
ț
iilor

externe, a
ș
a cum se arată în
​
Figura 9.

Figura
9
​
.
Ie
ș
iri
de
tensiune
diferite
ale
laminatului
piezoelectric
bi-stabil:
​
(a)
​
oscila
ț
ii
de
amplitudine

mică;
​
(b)
​
comportament
neuniform
ș
i
captură
haotică;
​
(c)
prindere
intermitentă;
​
(d)
snap-through

repetat [32].

Există
trei
modele
de
oscila
ț
ie:
(1)
oscila
ț
ie
de
amplitudin e
mică,
fără
a
se
înfunda;
(2)

prindere
intermitentă
uniformă
ș
i
neuniformă;
(3)
snap-through
repetabil.
Cea
mai
mare

putere
de
3,2
mW
a
fost
găsită
la
apari
ț
ia
captării.
În
2014,
Betts
ș
i
colab.
ș
i-au
continuat

activitatea
ș
i
au
prezenta t
un
model
analitic
ș
i
caracterizarea
experimentală
a
unui
laminat

piezoelectric
bi-stabil
de
200
200
0,5
mm
cu
secven
ț
a
de
stivuire.
Ca
ș
i
mai
înainte,
un
singur

Macro
Fibra
Compozit
flexibil
(MFC)
a
fost
utilizat
ca
un
traductor
piezoelectric
ș
i
ata
ș
at
la
o

suprafa
ț
ă
a
laminatului.
Acest
model
analitic
poate
capta
amestecul
de
moduri
neliniare
ca

răspuns
la
această
recoltă
de
energie
piezoelectrică
bi-stabilă
supusă
vibra
ț
ii
mecanice.
Ca
ș
i

până
acum,
aceste
moduri
sunt
instantanee,
intermitente
snap-through
(atât
periodice
cât
ș
i

haotice)
ș
i oscila
ț
ii de amplitudine mică, care au fost validate prin experimente.

S-a
ob
ț
inut
o
hartă
a
acestor
moduri
în
timp
ce
variază
accelera
ț
ia
(nivelul
g)
​​ș
i

frecven
ț
a
de
excita
ț
ie
pe
baza
rezultatelor
experimentale,
a
ș
a
cum
se
arată
în
​
Figura
10
(a)
​
.

Rezultatele
arată
că
modul
de
prindere
continuă
dorit
pentru
recoltarea
de
energie
necesită
un

nivel
ridicat
de
sccelera
ț
ie,
iar
modurile
de
intermiten
ț
ă
de
încărcare
pot
acoperi
o
gamă
mai

largă
de
frecven
ț
ă.
Media
puterile
cu
frecven
ț
e
ș
i
accelera
ț
ii
diferite
au
fost
măsurate
ș
i

comparate
cu
rezultatele
analitice.
Rezultatele
analitice
sunt
mai
mari
decât
rezultatele

experimentale,
iar
puterile
medii
analitice
ș
i
experimentale
pentru
10
g
de
excita
ț
ie
sunt

prezentate
în
​
Figura
10
(b)
​
.
Acest
design
poate
acoperi
lă
ț
imea
de
bandă
de
19,4
Hz

implicând
un
comportament
instantaneu
la
accelera
ț
ia
de
10
g,
iar
puterea
de
vârf
este
de

până
la
244
mW.
De
ș
i
puterea
de
putere
ș
i
lă
ț
imea
de
bandă
sunt
a
ș
a
excelent,
nivelul
de

accelera
ț
ie solicitat este m ult mai mare decât activitatea lui Arrieta
ș
i colab.

Figura
10.
(a)
Tipuri
de
moduri
observate
experimental
asociate
cu
toate
combina
ț
iile
de
frecven
ț
ă
de

antrenare
(20–80
Hz)
ș
i
nivel
de
accelera
ț
ie
g
(3–10
g);
​
(b)
puteri
medii
ș
i
moduri
asociate
pentru
10
g

excita
ț
ii. Rezultate experimentale (simboluri negre)
ș
i modelare (simboluri gri).

În
2015,
Syta
ș
i
colaboratorii
[35]
au
folosit
acela
ș
i
design
ca
Betts
ș
i
colaboratorii.

Diferen
ț
a
este
că
„Test ul
0–1”
a
fost
introdus
pentru
lucrările
experimentale
pentru
a

identifica
dinamica
haotică
a
acestui
recoltator
de
energie
bi-stabil.
Anul
viitor,
Syta
ș
i
colab.

au
examinat
răspunsurile
modale
ale
acestei
recoltoare
de
energie
electromecanică
bi-stabilă,

cu
acela
ș
i
design
prin
spectrul
Fourier
ș
i
analiza
de
cuantificare
a
recuren
ț
ei
(RQA).
RQA
a

fost
utilizat
pentru
a
identifica
răspunsurile
periodice
ș
i
haotice
din
serii
de
timp
rezonabil
de

scurte.

Pentru
a
depă
ș
i
cererea
de
nivel
ridicat
de
excita
ț
ie
de
LCO
de
amplitudine
mare
la

frecven
ț
e
înalte,
în
2015 ,
Li
ș
i
colab.
au
exploatat
oscila
ț
iile
neliniare
în
jurul
celui
de-al

doilea
mod
de
vibra
ț
ie
al
unui
laminat
bi-stabil
piezoelectric
dreptunghiular
(RPBL)
pentru

recoltarea
energiei
cu
vibra
ț
ii
în
bandă
largă
la
frecven
ț
e
relativ
mai
mari,
cu
accelera
ț
ie
de

excita
ț
ie
relativ
mai
mică.
Această
ma
ș
ină
de
recoltat
a
fost
formată
dintr-un
laminat
T
150

50
0,42
mm,
ș
i
o
bucată
de
PZT-5H
15
ș
i
0,2
mm
ș
i
electrod
de
cupru,
a
ș
a
cum
se
arată
în

Figura
11
(a)
​
.
Prin
analiza
elementelor
finite,
frecven
ț
a
celui
de-al
doilea
mod
de
vibra
ț
ie
al

stării
A
cu
masă
este
de
66,8
Hz,
iar
forma
celui
de-al
doilea
mod
de
vibra
ț
ie
este
prezentată

în
​
Figura
11
(b)
​
.
Rezultatele
experimentale
arată
că
cea
mai
mică
accelera
ț
ie
de
excita
ț
ie

necesară
pentru
declan
ș
area
LCO
este
2,66
g
la
59
Hz.
Două
RPBL
optimizate
au
fost
găsite

prin
analiza
elementului
finit,
care
ilustrează
că
lă
ț
imea
de
bandă
a
frecven
ț
ei
LCO
poate
fi

lărgită
prin
scăderea
deformării
necesare
pentru
a
declan
ș
a
apari
ț
ia
locală.
De
ș
i
acest
proiect

scade excita
ț
ia, puterea d e 0,98 mW este relativ scăzută.

Figura
11.
(a)
Două
stări
stabile
ale
RPBL;
​
(b)
cel
de-al
doilea
mod
de
vibra
ț
ie
de
stare
stabilă
A
(cu

masa de probă).

În
2014,
Harris
ș
i
colab.
a
fabricat
două
recoltoare
de
energie
piezoelectrică
ș
i
a

comparat
performan
ț
a
lor
prin
experimente.
Una
dintre
cele
două
recoltoare
de
energie
este

liniară
cu
o
dispunere
asimetrică,
a
ș
a
cum
se
arată
în
​
Figura
12
(a)
​
.
Celălalt
este
bi-stabil
cu

dispunere
asimetrică
prezentat
în
​
Figura
12
​
(b)
​
,
iar
cele
două
stări
stabile
sunt
prezentate
în

Figura 12.

Figura 12.
​
Layup-uri laminate:
​
(a)
​
liniare
ș
i simetrice;
​
(b)
​
bi-stabil
ș
i asimetric. Grindele consolă erau

strânse în partea stângă. Stări bi-stabile:
​
(c)
​
starea I;
​
(d)
​
starea II.

Rezultatele
au
arătat
că
recoltarea
bi-stabilă
a
avut
o
putere
mai
mare
pe
o
gamă
mai

largă
de
frecven
ț
e
la
frecven
ț
ă
joasă
ș
i
excita
ț
ie
scăzută
ș
i
cea
liniară
avea
poten
ț
ialul
de
a

produce
o
putere
de
vârf
mai
mare,
dar
la
o
lă
ț
ime
de
bandă
restrânsă.
În
2016,
Harris
ș
i

colab.
ș
i-au
continuat
activitatea
ș
i
au
investigat
dinamica
acestui
recoltator
de
energie

bi-stabil
prin
entropie
pe
mai
multe
niveluri
ș
i
test
„0–1”.
Ca
ș
i
până
acum,
aceste
moduri
de

oscila
ț
ie,
inclusiv
oscila
ț
ia
cu
o
singură
godeu,
snap-ul
intermitent
periodic
ș
i
haotic
ș
i

snap-through-ul
periodic
au
fost
capturate
în
experimente.
Entropia
pe
mai
multe
niveluri
ș
i

testul
„0–1”
pot
fi
de
ajutor
în
caracterizarea
răspunsului.
Un
beneficiu
al
acestei
metode
de

analiză
este
faptul
că
sistemul
de
plăci
continue
poate
fi
caracterizat
printr-o
singură
variabilă

(tensiune
ș
i deplasare).

În
acela
ș
i
an,
Harris
ș
i
colab.au
adăugat
magne
ț
i
în
sistemul
bi-stabil
pentru
a
scădea

nivelul
de
excita
ț
ie
care
declan
ș
ează
prinderea
pentru
acest
cantilever
bi-stabil
de
la
o
stare

stabilă la alta, a
ș
a cum se arată în
​
Figura 13
​
.

Figura
13.
​
(a)
​
Detalii
despre
orientările
stratului,
loca
ț
ia
magnetului
ș
i
loca
ț
ia
MFC;
​
(b)
stare
stabilă
I

ș
i (c) stare stabilă II.

Performan
ț
a
sistemului
poate
fi
ajustată
prin
varia
ț
ie
separarea
dintre
magne
ț
i.

Scenariul
fără
magne
ț
i
a
fost
luat
ca
un
control
ș
i
s-au
măsurat
diferite
despăr
ț
iri.
Rezultatele

au
arătat
că
această
abordare
ar
putea
ajusta
frecven
ț
a
fundamentală
a
recoltoarei
ș
i
magne
ț
ii

au
beneficiat
de
cre
ș
terea
lă
ț
imii
de
bandă
cu
o
putere
de
vârf
mai
mică
la
niveluri
mici
de

accelera
ț
ie
ș
i
au
beneficiat
de
cre
ș
terea
puterii
de
vârf
cu
lă
ț
imea
de
bandă
mai
restrânsă
la

niveluri
de
excita
ț
ie
mai
mari.
În
plus,
a
fost
stabilit
un
model
cu
un
singur
grad
de
libertate

(SDOF) pe baza caracteristicii experimentale de deformare a sarcinii.

Ma
ș
ină de recoltat simetrică hibridă pe bază de laminat

Pe
lângă
laminatul
bi-stabil
asimetric
tradi
ț
ional,
laminatele
bi-stabile
cu
dispunere

nouă
furnizează
noi
modalită
ț
i
poten
ț
iale
de
proiectare
a
recolto arei
de
energie.
În
2015,
Pan

ș
i
colab.
au
prezentat
o
recoltă
de
energie
piezoelectrică
bi-stabilă
(BPEH)
bazată
pe
laminat

simetric
hibrid
bi-stabil
(BHSL).
Cea
mai
evidentă
diferen
ț
ă
între
stratul
bi-stabil
asimetric
ș
i

BHSL
este
forma
stabilă.
BHSL
are
două
forme
duble
curbate,
care
au
curburi
identice
cu

semne
opuse,
a
ș
a
cum
se
arată
în
​
Figura
2.
Are
o
designabilitate
mai
bună
în
compara
ț
ie
cu

stratul tradi
ț
ional asimetr ic datorită varia
ț
iei pozi
ț
iei stratului metalic.

Mai
mult
decât
atât,
starea
de
delimitare
de
tip
cantilever
poate
fi
realizată
beneficiind

de
formele
sale
unice
simetrice
stabile.
În
această
lucrare,
pentru
a
ob
ț
ine
mai
multă

deformare,
20
de
bucă
ț
i
de
PZT-5H
au
fost
lipite
pe
mijlocul
a
două
suprafe
ț
e
BHSL
unde

curburile
se
distribuie
uniform.
Datorită
conductivită
ț
ii
electrice
a
fibrei
de
carbon,
laminatul

poate
fi
ca
un
electrod
ș
i
o
paralelă
conexiunea
a
fost
utilizată
pentru
traductoarele

piezoelectrice.
Au
fost
alese
două
tipuri
de
secven
ț
e
de
stivuire
ș
i
două
tipuri
de
forme
de

transductor
piezoelectric
cu
aria
identică
ș
i
au
fost
proiectate
patru
tipuri
de
recoltoare

bi-stabile
ș
i
una
de
recol toare
liniare
(LPEH)
ca
probă
de
control,
a
ș
a
cum
se
arată
în
​
Figura

14.

Figura 14.
​
Forme stabile ale probelor BPEH
ș
i LEPH [40].

Prin
analiza
elementelor
finite
,
s-a
constatat
că
mecanismul
de
stres
al
PZT-urilor

constă
în
încordarea
la
îndoire
ș
i
la
stresul
termic
rezidual,
iar
formele
stabile
nu
pot
reflecta

deformarea
PZT.
A
fost
utilizată
o
măsurătoare
a
puterii
brute,
care
este
o
strângere
de
mână

pentru
a
ac
ț
iona
un
comportament
instantaneu
continuu.
Puterea
maximă
de
37,06
mW
cu

rezisten
ț
a
optimă
de
40
kΩ
a
fost
ob
ț
inută
la
5
Hz
de
la
BPEH
cu
cea
mai
mare
tensiune
în

circuit
deschis.
În
plus,
prin
compara
ț
ia
dintre
BPEH
ș
i
LPEH,
s-a
demonstrat
că
BPEH
ar

putea
profita
de
fiecare
piesă
de
PZT.
Înseamnă
că
PZT-urile
de
pe
BHSL
pot
ob
ț
ine

deformări
uniforme
în
timpul
procesului
de
snap-through,
ceea
ce
duce
la
faptul
că
BPEH

poate produce o putere mult mai mare.

Prin
investiga
ț
ia
preliminară
anterioară,
BPEH
arată
un
poten
ț
ial
bun
pentru

recoltarea
energiei.
În
2017,
Pan
ș
i
colab.
ș
i-au
continuat
activitatea
ș
i
au
investigat
dinamica

acestei
ma
ș
ini
bi-stabilă
de
recoltare
de
energie.
Laminatul
bi-stabil
a
fost
reproiectat
cu
o

dimensiune
mai
mică
de
100
40
mm
ș
i
8
bucă
ț
i
de
PZT-5H
cu
1,0
1,0
mm
au
fost
lipite
în

mijlocul
suprafe
ț
ei
laminate
inainte
de.
Trei
tipuri
de
recoltoare
liniare
cu
două
structuri

diferite
ș
i
două
tipuri
de
pozi
ț
ii
PZT
au
fost
proiectate
ca
mostre
de
control,
a
ș
a
cum
se
arată

în
​
Figura
15
​
.
Schimbările
înainte
ș
i
măturarea
inversă
la
cinci
niveluri
de
accelera
ț
ie
au
fost

realizate
pentru
BPEH,
a
ș
a
cum
se
arată
în
​
Figura
16.
Spre
deosebire
de
răspunsurile
a
trei

recoltoare
liniare,
care
are
doar
un
vârf
ascu
ț
it,
răspunsurile
BPEH
au
prezentat
caracteristici

neliniare.
BPEH
a
avut
un
reducerea
răspunsului
sub
un
nivel
scăzut
de
excita
ț
ie
ș
i
poate

trece
la
răspunsul
de
întărire
atunci
când
excita
ț
ia
cre
ș
te
într-o
anumită
măsură.
Două
moduri

de
oscila
ț
ie
au
fost
observate
în
experimente,
care
au
fost
oscila
ț
ia
cu
o
singură
fântână
ș
i

oscila
ț
ia
cu
pu
ț
uri
încruci
ș
ate.
BPEH
are
un
mod
de
oscilare
cu
o
singură
sondă
sub
răspunsul

la înmuiere la un nivel de excita
ț
ie relativ scăzut.

Figura
15.
​
(a)
Configura
ț
ie
experimentală
care
prezintă
ata
ș
area
mecanică
a
agitatorului
a
trei
tipuri

de LPEH
ș
i BPEH;
​
(b)
​
două configura
ț
ii stabile ale BPEH.

Figura
16
​
.
Răspunsuri
experimentale
de
frecven
ț
ă-tensiune
ale
BPEH
pentru
accelera
ț
ii
cuprinse
între

1
ș
i 5 g.

Când
răspunsul
trece
la
întărire,
BPEH
poate
călători
în
mod
repetat
între
cele
două
în

regiunile
de
poten
ț
ial
ale
sale,
ș
i
anume
se
află
în
modul
de
oscila
ț
ie
a
pu
ț
urilor
încruci
ș
ate.

Când
BPEH
se
află
în
modul
de
oscila
ț
ie
transversală,
tensiunea
de
ie
ș
ire
este
mult
mai
mare

decât
cea
a
modului
de
oscila
ț
ie
cu
un
singur
pu
ț
.
De
asemenea,
răspunsurile
sunt
afectate
de

direc
ț
ia
de
măturare.
Gama
de
frecven
ț
ă
a
ramurii
de
înaltă
tensiune
în
mătura
înainte
este

mai
largă
decât
cea
din
mătura
inversă
când
BPEH
prezintă
neliniaritate
de
tip
întărire.

Comparativ
cu
LPEH-urile,
BPEH
are
o
tensiune
de
ie
ș
ire
mai
mare
într-un
interval
de

frecven
ț
ă
mai
larg
sub
acela
ș
i
nivel
de
excita
ț
ie.
Pentru
puterea
de
ie
ș
ire,
BPEH
are
o

performan
ț
ă
mai
remarc abilă
decât
LPEH-urile.
Puterea
maximă
de
ie
ș
ire
a
BPEH
supusă

unei
accelera
ț
ii
de
5
g
la
36
Hz
este
de
5,7
ori
mai
mare
decât
cea
a
LPEH-1.
Motivele
acestui

lucru
pot
fi
atribuite
două
aspecte
ale
tensiunilor
mai
ridicate
ș
i
mai
uniforme
ale
elementelor

piezoelectrice.
Rezultatele
puterii
medii
BPEH
au
arătat
că
răspunsurile
de
întărire
ajută

BPEH
să
extindă
lă
ț
imea
de
bandă
cu
ie
ș
ire
mare
ș
i
puterea
de
ie
ș
ire
asociate
cu
frecven
ț
a
ș
i

accelera
ț
ia
de
excita
ț
ie.
Toate
rezultatele
experimentale
au
demonstrat
că
BPEH
are

poten
ț
ialul de a recolta en ergia vibra
ț
iilor în excita
ț
ii cu bandă largă.

În
acela
ș
i
an,
Pan
ș
i
colab.
au
analizat
influen
ț
a
proiectării
structurii
asupra

performan
ț
ei
acestui
recoltator
de
energie
bi-stabil.
Tensiunea
ini
ț
ială
indusă
de
configura
ț
ia

stabilă
ș
i
curbura
longit udinală
cu
dispunere
diferită
ș
i
lă
ț
ime
hibridă
a
fost
calculată
ș
i

analizată
printr-o
analiză
statică
a
elementelor
finite.
Rezultatele
au
arătat
că
dispunerea
ar

putea
varia
tensiunea
ini
ț
ială
ș
i
longitudinală
în
direc
ț
ii
opuse,
iar
lă
ț
imea
hibridului
poate

ajusta aceste două variabile în aceea
ș
i direc
ț
ie, a
ș
a cum se arată în
​
Figura 17
​
.

Figura 17
​
. Tensiunile ini
ț
iale
ș
i curburile longitudinale cu (a) dispunere diferită
ș
i (b) lă
ț
ime hibridă.

Prin
analiza
elementelor
finite,
s-a
constatat
că
tensiunea
ini
ț
ială
de
BPEH
depinde
de

varia
ț
iile
de
eforturi
în
cele
două
direc
ț
ii.
Au
fost
fabricate
trei
tipuri
de
BPEH
pentru
a

verifica
rezultatele
analitice.
În
experimente,
au
fost
observate
trei
tipuri
de
moduri
de

oscila
ț
ie,
care
sunt
vibra
ț
ii
continue
cu
godeuri,
vibra
ț
ii
cu
un
singur
pu
ț
ș
i
vibra
ț
ii

intermitente
cu
godeuri
încruci
ș
ate.
Caracteristicile
inerente
ale
BPEH
determină
frecven
ț
a

tensiunii caracterizate, iar configura
ț
ia stabilă afectează modul de vibra
ț
ie.

BPEH
cu
cea
mai
joasă
curbură
poate
apărea
vibra
ț
ie
continuă
prin
apăsare,
dar

BPEH
cu
cea
mai
mare
tensiune
ini
ț
ială
poate
apărea
doar
vibra
ț
ie
cu
un
singur
pu
ț
.
Layout
ș
i

hibrid
lă
ț
imea
poate
afecta
caracteristicile
ș
i
configura
ț
iile
inerente
la
un
moment
dat.

Combina
ț
ia
de
frecven
ț
a
inferioară
ș
i
curbura
longitudinală
inferioară
este
mai
u
ș
or
de

ob
ț
inut vibra
ț
ia încruci
ș
ată continuă dorită pentru recoltarea energiei.

Trei
tipuri
de
BPEH
au
fost
ac
ț
ionate
prin
două
metode,
care
sunt
o
metodă
condusă

manual
ș
i
a
metoda
deter minată
de
agitare,
respectiv.
Metoda
condusă
manual
a
fost
utilizată

pentru
a
confirma
contribu
ț
ia
tensiunii
ini
ț
iale
la
puterea
de
ie
ș
ire.
A
ș
a
cum
se
arată
în

Figura
18
(a)
​
,
BPEH
cu
mai
mare
tensiunea
ini
ț
ială
poate
genera
o
putere
mai
mare
prin

metoda
condusă
manual,
a
ș
a
cum
este
de
a
ș
teptat.
In
orice
caz,
diferitele
rezultate
au
fost

găsite prin metoda agitată, după cum se arată în
​
Figura 18 (b)
​
.

Figura
18
​
.
Dependen
ț
a
experimentală
de
putere
de
ie
ș
ire
de
rezisten
ț
ă
pentru
BPEHs
​
(a)
metoda

condusă manual;
​
(b)
​
metoda bazată pe agitare.

BPEH
în
condi
ț
ii
de
vibra
ț
ie
continuă
cu
puturi
încruc i
ș
ate
produce
cea
mai
mare

putere.
Cu
toate
acestea,
BPEH
cu
cea
mai
mare
tensiune
ini
ț
ială
poate
apărea
doar
vibra
ț
ie

cu un singur pu
ț
, astfel în cât aceasta să aibă puterea mai mică.

BPEH,
care
se
află
sub
vibra
ț
ii
intermitente
cu
godeuri
încruci
ș
ate,
generează
cea
mai

mică
putere
maximă.
Acest
capitol
a
analizat
tehnica
de
recoltare
a
energiei
piezoelectrice

bazată
pe
bi-stabil
laminat
compozit.
Ca
ramură
esen
ț
ială
a
recoltării
de
energie
bi-stabilă,

stratul
compozit
are
avantajele
sale
unice,
cum
ar
fi
neliniaritatea
inerentă
ș
i
combinarea
cu

materiale piezoelectrice.

Majoritatea
proiectelor
se
bazează
pe
laminat
asimetric,
datorită
teoriei
sale
mai

mature
ș
i
a
metodei
de
proiectare.
Cu
toate
acestea,
laminatul
asimetric
are
fenomene

observabile
la
dimensiuni,
astfel
încât
proiectele
actuale
au
dimensiune
relativ
mare
ș
i
este

greu de scăzut. Aceasta poate limita aplicarea sa ulterioară.

Laminatul
hibrid
are
un
design
mai
flexibil
ș
i
are
un
poten
ț
ial
excelent
de
a
reduce

mărimea.
Cu
toate
acestea,
teoriile
care
includ
statica
ș
i
dinamica
laminatului
hibrid
încă

lipsesc.
De
asemenea,
majoritatea
proiectelor
utilizează
materiale
piezoelectrice
compozite

(MFC)
ca
ș
i
traductor
al
cărui
volum
util
piezoelectric
este
limitat.
Ma
ș
inile
de
recoltat
pe

bază
de
strat
compozit
bi-stabil
au
o
produc
ț
ie
relativ
ridicată
de
putere
(mW)
care
poate

satisface
cerin
ț
ele
senzo rilor
wireless
conven
ț
ionali.
Designul
portabilită
ț
ii
ș
i
cerin
ț
ele

scăzute sunt subiecte temeinice în acest domeniu de recoltare a energiei.

Bibliografie

Mai jos sunt puse atât referin
ț
ele mele, cât
ș
i referin
ț
ele folosite de autori:

●
[1] Kim HS, Kim J-H, Kim J. O revizuire a recoltării de energie piezoelectrică bazată

pe vibra
ț
ii.
​
Revist a interna
ț
ională de inginerie
ș
i fabrica
ț
ie de precizie.

●
[2] Sodano HA, Inman DJ, Park G. O revizuire a recoltării de energie din vibra
ț
ii

folosind materiale piezoelectrice.
​
Digestie de
ș
oc
ș
i vibra
ț
ii

●
[3] Li H, Tian C, Deng ZD. Energy harvesting from low frequency applications using

piezoelectric materials.
​
Applied Physics Reviews.

●
[4] Roundy S, Zhang Y. Spre microgeneratoare adaptative bazate pe vibra
ț
ii

auto-reglatoare.
​
Materiale inteligente, sisteme nano
ș
i micro-inteligente.

●
[5] Challa VR, Prasad M, Shi Y, Fisher FT. Un dispozitiv de recoltare a energiei

vibra
ț
iilor cu regla rea frecven
ț
ei de rezonan
ț
ă bidirec
ț
ională.
​
Materiale
ș
i structuri

inteligente.

●
[6] Erturk A, Hoffmann J, Inman D. O structură piezomagnetoelastică pentru

recoltarea energiei în vibra
ț
ii în bandă largă.
​
Litere de fizică aplicată.

●
[7] Masana R, Daqaq MF. Performan
ț
a relativă a unei recoltoare de energie vibratorie

în poten
ț
iale mono –
ș
i-bistabile.
​
Jurnalul de sunet
ș
i vibra
ț
ii.

●
[8] Betts DN, Kim HA, Bowen CR. Studiu preliminar al compozitelor piezoelectrice

optime încruci
ș
ate pentru recoltarea energiei.
​
Cercetarea materialelor inteligente.

●
[9, 10] Hyer MW. Formele la temperatura camerei ale straturilor încruci
ș
ate

nesimetrice cu patru straturi.
​
Jurnalul materialelor compozite.

●
[11] Cho M, Kim M-H, Choi HS, Chung CH, Ahn K-J, Eom YS. Un studiu privind

formele de curbură ale temperaturii camerei ale laminatelor nesimetrice, inclusiv

efectele de alunecare.
​
Jurnalul materialelor compozite.

●
[12] Arrieta AF, Neild SA, Wagg DJ. Pe dinamica încruci
ș
ată a unei plăci compozite

bi-stabile.
​
Jurnalul de sunet
ș
i vibra
ț
ii.

●
[13] Li H, Dai F, Weaver PM, Du S. Laminatele simetrice hibride bi-stabile.
​
Structuri

compozite

Cuprins

Laminat compozit bi-stabil
3

Recoltarea energiei piezoelectrice pe bază de laminat bi-stabil
6

Ma
ș
ină de recoltat a simetrică pe bază de laminat
6

Ma
ș
ină de recoltat s imetrică hibridă pe bază de laminat
16

Bibliografie
22