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Integrative square-grid triboelectric nanogenerator as a vibrational energy harvester and impulsive force sensor 被引量:4
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作者 Chuan He Weijun Zhu +6 位作者 Guang Qin Gu Tao Jiang Liang Xu Bao Dong Chen Chang Bao Han Dichen Li Zhong Lin Wang 《Nano Research》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第2期1157-1164,共8页
A square-grid triboelectric nanogenerator (SG-TENG) is demonstrated for harvesting vibrational energy and sensing impulsive forces. Each square of the three-dimensional (3D)-printed square grid is filled with an a... A square-grid triboelectric nanogenerator (SG-TENG) is demonstrated for harvesting vibrational energy and sensing impulsive forces. Each square of the three-dimensional (3D)-printed square grid is filled with an aluminum (A1) ball. The grid structure allows the SG-TENG to harvest vibrational energy over a broad bandwidth and operate at different vibrational angles. The most striking feature of the SG-TENG is its ability of being scaled and integrated. After connecting two SG-TENGs in parallel, the open-circuit voltage and short-circuit current are significantly increased over the full vibrational frequency range. Being integrated with a table tennis racket, the SG-TENG can harvest the vibrational energy from hitting a ping pong ball using the racket, where a direct hit by the racket generates an average output voltage of 10,9 ~ 0.6 V and an average output current of 0.09 ± 0.02 boA. Moreover, the SG-TENG integrated into a focus mitt can be used in various combat sports, such as boxing and taekwondo, to monitor the frequency and magnitude of the punches or kicks from boxers and other practitioners. The collected data allow athletes to monitor their status and improve their performance skills. This work demonstrates the enormous potential of the SG-TENG in energy harvesting and sensing applications. 展开更多
关键词 square grid triboelectric nanogenerator vibration sensor
原文传递
用于航空发动机齿轮故障监测的自驱动振动传感器
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作者 郭瑞 王晓畔 +3 位作者 张继鹏 赵瑞豪 张阳 崔楠 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第10期75-78,共4页
目前传统振动监测手段受限于航空发动机高温环境影响,导致振动传感器探测精度难以进一步提升。鉴于此,本文设计了一种基于摩擦电效应和压电效应的自驱动振动传感器,通过对敏感层材料配比的合理选择,实现电学输出性能与高温输出稳定性的... 目前传统振动监测手段受限于航空发动机高温环境影响,导致振动传感器探测精度难以进一步提升。鉴于此,本文设计了一种基于摩擦电效应和压电效应的自驱动振动传感器,通过对敏感层材料配比的合理选择,实现电学输出性能与高温输出稳定性的兼顾。在最佳振动条件下,摩擦电器件的输出可达5.1V和0.42μA,而压电器件输出可达1.8V和0.3μA。基于自驱动传感器优异的电学输出性能,在机器学习算法的帮助下,开发的自驱动振动传感器可对齿轮的点蚀故障以及断齿故障进行精准识别,其识别准确率高达98.2%。实验证明本文开发的自驱动振动传感器能够有效监测航空发动机齿轮的运行状态,为航空发动机智能化健康管理提供了重要的参考价值。 展开更多
关键词 航空发动机 齿轮故障监测 振动传感器 摩擦电纳米发电机
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具有井下自发电及自传感功能的随钻测量新方法研究——以用于振动测量的井下摩擦纳米发电机为例 被引量:1
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作者 吴川 杨朔 +3 位作者 樊辰星 周清 文国军 刘彬 《钻探工程》 2021年第4期47-53,共7页
现有随钻测量系统的供电方式均有各自的适用条件,因此有必要探索新型的井下供电方式作为对现有方式的补充,或联合现有供电方式共同使用。摩擦纳米发电机源于接触起电及静电感应现象(即生活中常见的静电),具有发电机和传感器的双重功能... 现有随钻测量系统的供电方式均有各自的适用条件,因此有必要探索新型的井下供电方式作为对现有方式的补充,或联合现有供电方式共同使用。摩擦纳米发电机源于接触起电及静电感应现象(即生活中常见的静电),具有发电机和传感器的双重功能。基于此,本文将摩擦纳米发电机原理引入地质勘探领域,提出了一种可用于井下自供电(也叫自发电)及自传感的随钻测量新方法,并以自供电式井下振动传感器的研制为例对该方法进行阐述,同时通过大量的试验验证了传感器的高信噪比及良好的发电特性,且进一步通过280℃范围内的高温测试表明了基于该方法具有研制超高温井下传感器及超高温井下实时发电机的优势。还指出了下一步的重点研究方向及其解决途径。 展开更多
关键词 随钻测量系统 自传感功能 自供电 摩擦纳米发电机 振动传感器 超高温井下传感器 超高温井下发电机
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基于激光诱导石墨烯电极的摩擦纳米发电机 被引量:3
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作者 李昌恒 黄正勇 +3 位作者 李剑 陶璐琪 夏圣垣 李稳 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期2033-2040,共8页
随着物联网和人工智能的迅速发展,传感器的供能问题成为限制电力物联网进一步发展的关键因素之一。摩擦纳米发电机作为一种高效、环保、低成本的收集环境能量的新技术,在自供电传感领域具有优势明显的应用潜力。为此介绍了一种基于激光... 随着物联网和人工智能的迅速发展,传感器的供能问题成为限制电力物联网进一步发展的关键因素之一。摩擦纳米发电机作为一种高效、环保、低成本的收集环境能量的新技术,在自供电传感领域具有优势明显的应用潜力。为此介绍了一种基于激光诱导石墨烯电极的摩擦纳米发电机,使用石墨烯电极代替传统的金属电极,不但大大简化了摩擦纳米发电机的制备工艺,降低了摩擦纳米发电机的生产成本,同时还拥有优异的输出性能,在80MΩ的阻抗下的功率可达456.3 mW/m^(2)。对基于激光诱导石墨烯电极的摩擦纳米发电机进行了基础输出性能测试,探究了激光功率对其输出性能的影响,并可用其监测门、抽屉等可活动物体的开关状态。该研究有利于推动摩擦纳米发电机的大规模应用,为解决电力物联网的传感器供能问题提供了一个新的思路。 展开更多
关键词 摩擦纳米发电机 激光诱导石墨烯 自供电传感器 智能电网 状态监测
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基于摩擦纳米发电机的耐高温井下振动传感器研制 被引量:2
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作者 张德龙 郭强 +2 位作者 吴川 周清 杨鹏 《钻探工程》 2022年第1期120-127,共8页
过激的振动频率将损坏钻具、影响效率、甚至造成井下事故,因此有必要对井下钻具的振动频率进行实时测量。本文基于摩擦纳米发电机提出了一种耐高温的井下振动传感器,该传感器不仅具有振动测量功能,也具有发电功能。当该传感器测量振动... 过激的振动频率将损坏钻具、影响效率、甚至造成井下事故,因此有必要对井下钻具的振动频率进行实时测量。本文基于摩擦纳米发电机提出了一种耐高温的井下振动传感器,该传感器不仅具有振动测量功能,也具有发电功能。当该传感器测量振动频率时,试验显示其测量范围为0~8 Hz,测量误差<4%,信噪比高,抗干扰能力强,且输出信号幅值与传感器和振动源的距离成反比。当该传感器用于发电时,试验显示振动频率越高其发电量越大,其在8 Hz工况下的输出电压、输出电流和输出功率分别为70 V、12×10^(-7) A和4.2×10^(-5) W,展示出了其作为井下分布式发电机的潜能。此外,该传感器可在温度<180℃以及相对湿度<90%的环境下正常使用,具有很强的适应性。 展开更多
关键词 振动传感器 摩擦纳米发电机 高温井 振动频率 自供电
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织物基自驱动传感器制备及其在运输包装中的应用
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作者 经鑫 冯培勇 刘跃军 《包装学报》 2021年第5期1-7,共7页
针对织物基摩擦纳米发电机(F-TENG),提出了一种普适简易的改性方法,通过碳纳米管和聚乙烯亚胺的接枝,提升织物基摩擦纳米发电机的传感性能,并以此F-TENG为原型器件搭建振动监测平台,系统研究了其在不同应用场景的即时信号采集和响应能力... 针对织物基摩擦纳米发电机(F-TENG),提出了一种普适简易的改性方法,通过碳纳米管和聚乙烯亚胺的接枝,提升织物基摩擦纳米发电机的传感性能,并以此F-TENG为原型器件搭建振动监测平台,系统研究了其在不同应用场景的即时信号采集和响应能力,探究了织物基摩擦纳米发电机在自驱动传感及运输包装监测方面的应用。研究结果表明,F-TENG在运输包装监测方面具有巨大的应用潜力。 展开更多
关键词 摩擦纳米发电机 自驱动传感器 振动监测
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用于井下振动测量的自发电振动传感器的研制
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作者 冯彦军 吴川 杨朔 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2023年第4期63-67,共5页
井下钻具的共振可能会损坏钻具甚至造成井下事故,对井下振动进行实时测量非常有必要。然而目前常规传感器的井下电池和电缆的供电方式会降低钻探效率,因此具有井下发电功能的传感器将更加适宜实际工况。针对此情况,研制了一种具有自发... 井下钻具的共振可能会损坏钻具甚至造成井下事故,对井下振动进行实时测量非常有必要。然而目前常规传感器的井下电池和电缆的供电方式会降低钻探效率,因此具有井下发电功能的传感器将更加适宜实际工况。针对此情况,研制了一种具有自发电功能的振动传感器,其利用振动工况诱导传感器内部纳米材料相互摩擦进行发电,同时利用摩擦电信号与振动信号的对应关系实现对振动的测量。室内试验结果表明,传感器的输出信号幅值可达7.3 V,最大发电功率约0.84μW,振动测量范围为0~13 Hz,振动测量误差小于5%,可在小于250℃的温度范围内正常工作。研究成果可为井下发电及井下超高温传感器技术的研究提供一定的借鉴。 展开更多
关键词 井下振动 自发电 振动传感器 摩擦纳米发电机 低磨损 随钻测量
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自发电式井下钻具多功能振动倾角传感器研究
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作者 任建超 冯彦军 +2 位作者 吴川 白荣财 陈驰 《煤矿机械》 2025年第1期49-52,共4页
钻探过程中井底钻具的振动及倾角是调控钻探工艺及轨迹的重要参数,有必要实时监测。基于摩擦纳米发电机,提出了一种新型的多功能自发电井下传感器,可同步实现振动频率及倾角的测量。试验表明,该传感器测量振动频率及倾角范围分别为0~11... 钻探过程中井底钻具的振动及倾角是调控钻探工艺及轨迹的重要参数,有必要实时监测。基于摩擦纳米发电机,提出了一种新型的多功能自发电井下传感器,可同步实现振动频率及倾角的测量。试验表明,该传感器测量振动频率及倾角范围分别为0~11 Hz及0~90°,测量误差均为±5%,可在温度0~100℃及湿度0~90%的工况环境下正常工作。与传统的井下传感器相比,该传感器可同步监测振动频率和倾角,有效缩减了传感器数量,同时还具有自发电功能,有效减轻了井下供电压力。 展开更多
关键词 井下传感器 自发电 振动频率 倾角 摩擦纳米发电机 钻具振动
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基于摩擦纳米发电机的自供能低频振动传感器研究 被引量:4
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作者 魏斌 庞洪臣 +5 位作者 杨芳 赵志强 钟英豪 黄喜利 林芳 潘新祥 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第20期158-165,共8页
设计了一种基于摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)的自供能低频振动传感器(Low-frequency sensor,LV-TENG),结合TENG发电理论和电学仿真阐明了该传感器电信号产生的基本原理,证明了LV-TENG在无需外接电源情况下即可实... 设计了一种基于摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)的自供能低频振动传感器(Low-frequency sensor,LV-TENG),结合TENG发电理论和电学仿真阐明了该传感器电信号产生的基本原理,证明了LV-TENG在无需外接电源情况下即可实现对二维振动的监测。COMSOL软件仿真分析表明,基于TENG独立层工作模式,当带电聚四氟乙烯(PTFE)小球振动时,两侧电极输出电信号与小球振幅存在较强的线性关系。通过传感器振动特性试验,定量分析了不同振动角度下LV-TENG输出电信号与外部振动参数之间的关系。根据输出电信号特征量,所设计的LV-TENG可实现振动状态的精准判断。 展开更多
关键词 摩擦纳米发电机 自供能 振动传感器
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