淺談能量采集技術(shù)的應(yīng)用及前景

宋佳 宇文塔曼

摘 要：能量采集技術(shù)作為一種實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)利用、節(jié)能環(huán)保的技術(shù)，是近些年來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)新科技。本文通過(guò)討論該技術(shù)在當(dāng)前生活，工業(yè)，醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用并提出了其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，對(duì)未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：能量采集;應(yīng)用;壓電片

長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)可移電子動(dòng)設(shè)備的持續(xù)供電問(wèn)題一直沒(méi)有很好的解決方案。近些年來(lái)，隨著機(jī)械工程學(xué)科和電氣工程學(xué)科的共同發(fā)展，一項(xiàng)新的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，即能量采集技術(shù)。能量采集技術(shù)是利用自然界中的一些微小的能量，把它們收集起來(lái)，然后加以轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)換成電能[1]。目前最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換形式是將環(huán)境中微小的機(jī)械能，如微小的機(jī)械振動(dòng)中所攜帶的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，并將該電能收集存儲(chǔ)起來(lái)給用電設(shè)備供電。

1 能量收集技術(shù)的應(yīng)用方向

生活中，人在每天都要行走，而行走離不開(kāi)鞋。在行走的過(guò)程中，鞋底會(huì)發(fā)生一定的形變量。如果在鞋底中加入一個(gè)壓電片，那么鞋底部的形變就會(huì)使得壓電片產(chǎn)生相應(yīng)的形變。而壓電片一旦在力的作用下產(chǎn)生形變，那么它就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電流。之后如果通過(guò)一個(gè)電路便可將其采集到，最后再將其收集起來(lái)。那么就可以對(duì)收集起來(lái)的電能進(jìn)行利用。例如，隨著可穿戴設(shè)備的發(fā)展，可隨身攜帶的電子設(shè)備越來(lái)越多。而這些電子設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)都比較注重其尺寸的大小，設(shè)備太大太厚都會(huì)影響其美觀和佩戴的舒適性等等。因此，設(shè)備的尺寸就會(huì)直接影響到電池容量的多少。如果能夠通過(guò)上述能量采集技術(shù)得到相應(yīng)的電能，那么就會(huì)大大提高設(shè)備的使用時(shí)間，帶來(lái)更好地使用效果。

圖1 ?能量采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在橋梁上，由于橋梁設(shè)計(jì)和建造時(shí)會(huì)采用減震結(jié)構(gòu)，因此，每當(dāng)汽車(chē)通過(guò)橋面時(shí)，在重力的作用下，減震器會(huì)受到力的作用從而產(chǎn)生一定量的形變。道理如上所述，通過(guò)壓電片便可將其轉(zhuǎn)換成電能并收集起來(lái)以供其他用電設(shè)備使用。

工業(yè)生產(chǎn)中，會(huì)大量使用到電機(jī)。如果將壓電片至于電機(jī)結(jié)構(gòu)上，那么在電機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中亦會(huì)使壓電片產(chǎn)生形變，從而輸出電流，可將其收集利用。

2 能量收集技術(shù)的應(yīng)用前景

由于生產(chǎn)生活中微小的機(jī)械能是普遍存在的能量，因此，能量收集技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用空間。當(dāng)前，能量收集技術(shù)不僅僅只可應(yīng)用于日常生活或者工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。另外，在醫(yī)療、航空航天甚至軍事領(lǐng)域當(dāng)中都有其發(fā)展的空間。例如，可將能量采集技術(shù)應(yīng)用于人體，即如何通過(guò)人體自身活動(dòng)產(chǎn)生的能量將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電能，以來(lái)給人體所佩戴的助聽(tīng)器等其它醫(yī)療設(shè)備在主電池電源不足的情況下繼續(xù)提供電能，延長(zhǎng)其使用時(shí)間。

當(dāng)前，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，能量采集技術(shù)也可在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。例如，可在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器中得到應(yīng)用[2]。除此之外，嵌入式系統(tǒng)以及微機(jī)電系統(tǒng)中此技術(shù)都能夠得到廣泛的利用[3]。

當(dāng)然，能量采集技術(shù)不僅可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換并收集。同時(shí)，亦指可將光能、電磁能、熱能等能量轉(zhuǎn)換成電能的形式并收集起來(lái)。而這些能量都廣泛的存在于自然界中。因此，其發(fā)展空間極其廣闊。

3 結(jié)束語(yǔ)

能量采集技術(shù)的研究是基于電氣和機(jī)械兩個(gè)學(xué)科的結(jié)合，是今后實(shí)現(xiàn)可持續(xù)供電的一個(gè)很好的方法。同時(shí)，該技術(shù)也滿(mǎn)足我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的方針政策，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。能量收集技術(shù)在今后具有很好的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔巖，王飛，董維杰，等.非線性壓電式能量采集器[J].光學(xué)精密工程， 2012（12）：2737-2743.

[2]汪小燕，王峻峰，何嶺松.基于能量采集技術(shù)的無(wú)線傳感網(wǎng)研究進(jìn)展[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006（22）：4-6.

[3]張利偉，鄭國(guó)強(qiáng)，李濟(jì)順.壓電能量采集技術(shù)研究[J].火力與指揮控制，2013（11）：1-4.