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基于感应取能的微功率能量收集器

汇报人：

2024-01-27

引言

感应取能技术原理

微功率能量收集器设计

基于感应取能的微功率能量收集器实现

实验结果与分析

总结与展望

contents

目

录

01

引言

03

感应取能技术的优势

感应取能技术通过从环境中获取微弱的能量，为低功耗设备提供持续的电能，具有广阔的应用前景。

01

物联网和无线传感器网络的发展

随着物联网和无线传感器网络的广泛应用，对微功率能量收集器的需求日益增加。

02

传统供电方式的局限性

传统电池供电方式存在寿命有限、需要定期更换等缺点，无法满足长期、稳定的供电需求。

国内外多个研究团队致力于感应取能技术的研究，包括高校、科研机构和企业等。

国内外研究团队

研究成果与进展

存在的问题与挑战

在感应取能技术方面，已经取得了一系列重要成果，如高效率的能量转换电路、优化的天线设计等。

尽管感应取能技术取得了一定的进展，但仍存在能量密度低、转换效率不高、适应性差等问题。

03

02

01

研究目的：本文旨在设计一种基于感应取能的微功率能量收集器，以提高能量收集效率，满足低功耗设备的长期供电需求。

研究内容：本文将首先分析感应取能技术的原理和特点，然后设计并优化能量收集器的电路和天线结构，最后通过实验验证其性能。具体内容包括

感应取能技术原理分析

能量收集器电路设计与优化

天线结构设计与优化

实验验证与性能评估

02

感应取能技术原理

当导体回路在变化的磁场中时，会在回路中产生感应电动势，从而产生感应电流。这是电磁感应的基本原理。

感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比。磁通量的变化可以通过改变磁场强度、磁场方向或回路面积来实现。

磁通量变化

法拉第电磁感应定律

利用静态磁场中的导体运动产生感应电动势。例如，在旋转机械中，通过固定在旋转部件上的导体与静止磁场之间的相对运动来产生电能。

静态感应取能

利用时变磁场中的导体回路产生感应电动势。这种方式常见于变压器、电感器等电气设备中，通过改变磁场的强度或方向来产生电能。

动态感应取能

感应取能技术无需物理连接，即可实现能量的无线传输，适用于一些特殊场合，如旋转部件、移动设备等。

非接触式能量传输

感应取能技术具有较高的能量转换效率，尤其在近距离传输时，效率可达90%以上。

高效率

安全性高：由于无需物理连接，因此可以避免因接触而产生的电火花、电击等安全隐患。

传输距离短

感应取能技术的传输距离受限于磁场强度和回路面积，一般适用于近距离的能量传输。

受环境影响大

感应取能技术的效率受环境因素影响较大，如磁场干扰、金属屏蔽等都会降低其效率。

需要精确对准

为了获得最大的能量传输效率，感应取能技术的发射端和接收端需要精确对准，这增加了应用的复杂性和成本。

03

微功率能量收集器设计

根据能量来源和转换机制，选择合适的能量转换元件，如压电陶瓷、热电偶或光伏电池等。

能量转换元件

选择具有高能量密度、长寿命和良好充放电性能的储能元件，如超级电容器或锂离子电池等。

储能元件

设计适当的调理电路，对收集到的微弱能量进行放大、整流和滤波等处理，以满足后续应用需求。

调理电路

仿真模型建立

利用有限元分析或其他数值计算方法，建立收集器的仿真模型，预测其性能表现。

通过仿真计算，分析收集器的能量转换效率、输出功率和频率响应等关键性能指标。

搭建实验平台，对收集器样机进行实际测试，验证仿真结果的准确性和可靠性。同时，针对不同应用场景和环境条件进行实验验证，以评估收集器的实用性和适应性。

仿真结果分析

实验验证

04

基于感应取能的微功率能量收集器实现

设计高效、稳定的电源管理电路，实现能量的有效收集和管理。

电源管理模块

采用高性能感应线圈和整流电路，将环境中的微弱电磁能转换为电能。

感应取能模块

设计低噪声、高灵敏度的信号处理电路，对感应到的微弱信号进行放大、滤波和数字化处理。

信号处理模块

系统调试

对集成后的系统进行调试和优化，确保各模块之间的协同工作和整体性能的稳定。

模块集成

将电源管理模块、感应取能模块、信号处理模块等硬件电路进行集成，构建完整的微功率能量收集器系统。

测试与验证

在实验室环境下对微功率能量收集器进行测试和验证，评估其性能指标和实际应用效果。

05

实验结果与分析

温度25±2℃，相对湿度50±5%，无强烈电磁干扰。

实验室环境

微功率能量收集器，感应取能装置，数据采集与分析系统。

实验设备

不同感应取能距离、不同负载条件下进行多次实验，以获取充分数据。

实验条件

数据记录

详细记录每次实验的感应取能距离、负载条件、输出电压、输出电流、输出功率等关键参数。

数据处理

对实验数据进行整理、分类和统计分析，计算平均值、标准差等统计量，并绘制相应的图表。

感应取能距离对能量收集器性能的影响：随着感应