摩擦納米發(fā)電機(jī)在工程技術(shù)中的應(yīng)用

目錄
前言
第1章 摩擦納米發(fā)電機(jī)基本原理 1
1.1 引言 1
1.2 摩擦納米發(fā)電機(jī)的發(fā)明 1
1.2.1 摩擦納米發(fā)電機(jī)的基本模式 1
1.2.2 摩擦材料選擇標(biāo)準(zhǔn)與原則 3
1.2.3 摩擦納米發(fā)電機(jī)的主要評價(jià)指標(biāo) 11
1.3 摩擦納米發(fā)電機(jī)的物理原理 13
1.3.1 接觸起電物理模型 15
1.3.2 動生麥克斯韋方程 20
1.4 本章小結(jié) 24
參考文獻(xiàn) 24
第2章 基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的高熵能源俘獲策略 26
2.1 引言 26
2.2 機(jī)械調(diào)控式摩擦納米發(fā)電機(jī) 26
2.2.1 頻率泵浦式 26
2.2.2 沖擊激勵式 33
2.2.3 可控輸出式 38
2.2.4 恒定輸出式 47
2.3 仿生結(jié)構(gòu)式摩擦納米發(fā)電機(jī) 49
2.3.1 風(fēng)場環(huán)境仿生結(jié)構(gòu) 49
2.3.2 水環(huán)境仿生結(jié)構(gòu) 57
2.3.3 風(fēng)水耦合環(huán)境仿生結(jié)構(gòu) 64
2.4 直流輸出式摩擦納米發(fā)電機(jī) 71
2.4.1 機(jī)械開關(guān)式 71
2.4.2 空氣擊穿式 73
2.4.3 相位耦合式 76
2.4.4 摩擦伏特效應(yīng) 76
2.5 本章小結(jié) 79
參考文獻(xiàn) 79
第3章 摩擦納米發(fā)電機(jī)輸出特性與能量存儲管理電路 81
3.1 引言 81
3.1.1 摩擦納米發(fā)電機(jī)電學(xué)理論基礎(chǔ) 81
3.1.2 等效電路模型 81
3.1.3 級聯(lián)設(shè)計(jì)法則 84
3.2 摩擦納米發(fā)電機(jī)高性能輸出研究 89
3.2.1 倍壓變換電路設(shè)計(jì) 89
3.2.2 串級耦合增流設(shè)計(jì) 91
3.2.3 轉(zhuǎn)移電荷累積電路設(shè)計(jì) 92
3.3 功率轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 94
3.3.1 串級匹配電路設(shè)計(jì) 94
3.3.2 整流電路設(shè)計(jì) 97
3.3.3 斬波電路設(shè)計(jì) 99
3.3.4 調(diào)理電路設(shè)計(jì) 100
3.4 集成化開發(fā) 102
3.4.1 無源開關(guān)集成電路設(shè)計(jì) 102
3.4.2 有源可控信號集成設(shè)計(jì) 104
3.4.3 多源發(fā)電復(fù)合電路設(shè)計(jì) 110
3.4.4 分布式發(fā)電與傳感的集成化 113
3.5 本章小結(jié) 115
參考文獻(xiàn) 115
第4章 基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動流體傳感器 117
4.1 引言 117
4.2 流體激勵的摩擦納米發(fā)電及自驅(qū)動傳感理論基礎(chǔ) 118
4.2.1 雙電層摩擦納米發(fā)電機(jī)電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理 118
4.2.2 摩擦電式非滿管流量傳感器的理論分析 119
4.2.3 摩擦電式渦輪流量傳感器工作原理 121
4.2.4 摩擦電式流體傳感器工作原理 126
4.3 液體狀態(tài)監(jiān)測的摩擦電式傳感器研制 131
4.3.1 摩擦電式非滿管流量傳感器的設(shè)計(jì)與仿真 131
4.3.2 摩擦電式氣動浮子流量傳感器設(shè)計(jì)與仿真 133
4.3.3 磁翻板型摩擦電式流量傳感器設(shè)計(jì)與仿真 134
4.3.4 摩擦電式汽車空氣流量傳感器的設(shè)計(jì)與仿真 135
4.4 基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動流體傳感實(shí)驗(yàn)及其應(yīng)用 144
4.4.1 摩擦電式非滿管流量傳感器實(shí)驗(yàn)及其應(yīng)用 144
4.4.2 摩擦電式非滿管流量傳感器實(shí)驗(yàn)分析研究 146
4.5 摩擦電式汽車空氣流量傳感器傳感特性研究及其應(yīng)用 152
4.5.1 無軸渦輪安裝角度對傳感器電輸出能力的影響 152
4.5.2 磁齒輪對傳感器性能的影響 153
4.5.3 摩擦電式汽車空氣流量傳感器傳感特性研究 157
4.6 摩擦電式氣動浮子流量傳感器實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用實(shí)例 162
4.6.1 三角電極型摩擦電式流量傳感器研制與系統(tǒng)搭建 162
4.6.2 摩擦電式氣動浮子流量傳感器實(shí)驗(yàn)研究 166
4.7 本章小結(jié) 172
參考文獻(xiàn) 172
第5章 摩擦納米發(fā)電機(jī)在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用 173
5.1 引言 173
5.2 自驅(qū)動運(yùn)動傳感器 173
5.2.1 自驅(qū)動位置傳感器 173
5.2.2 自驅(qū)動旋轉(zhuǎn)傳感器 182
5.2.3 多自由度運(yùn)動傳感 191
5.3 自驅(qū)動智能機(jī)電系統(tǒng) 197
5.3.1 自供電振動監(jiān)測系統(tǒng) 197
5.3.2 智能軸承與機(jī)電系統(tǒng) 202
5.4 智能流體監(jiān)測系統(tǒng) 211
5.4.1 氣缸位置自驅(qū)動監(jiān)測 211
5.4.2 管路流體自驅(qū)動監(jiān)測 221
5.5 軟體機(jī)器人用柔性傳感 230
5.5.1 軟體機(jī)械爪智能分類功能 231
5.5.2 爬行軟體機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)監(jiān)測 235
5.6 本章小結(jié) 241
參考文獻(xiàn) 241
第6章 摩擦納米發(fā)電機(jī)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用 243
6.1 引言 243
6.2 智能駕駛監(jiān)測 244
6.2.1 駕駛操作監(jiān)測 244
6.2.2 駕駛行為監(jiān)測 254
6.3 交通環(huán)境監(jiān)測 266
6.3.1 交通運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測 266
6.3.2 交通基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測 277
6.4 路面健康狀態(tài)監(jiān)測 297
6.4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理 298
6.4.2 建模和分析 301
6.4.3 S-TES 的性能測試 305
6.4.4 應(yīng)用演示 308
6.5 本章小結(jié) 311
參考文獻(xiàn) 312
第7章 摩擦納米發(fā)電機(jī)在建筑設(shè)施健康監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用 314
7.1 引言 314
7.2 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測 314
7.2.1 自供電振動監(jiān)測 315
7.2.2 梁墩沉降監(jiān)測 323
7.2.3 梁身形變監(jiān)測 327
7.3 高層建筑安全監(jiān)測 330
7.3.1 自供電傾角監(jiān)測 330
7.3.2 混凝土損傷監(jiān)測 346
7.3.3 自供電火災(zāi)監(jiān)控 350
7.4 礦井井下安全監(jiān)測 361
7.4.1 自供電振動監(jiān)測 361
7.4.2 自供電轉(zhuǎn)速監(jiān)測 370
7.5 本章小結(jié) 386
參考文獻(xiàn) 386
第8章 摩擦納米發(fā)電機(jī)在智慧電力系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用 389
8.1 引言 389
8.2 智慧輸電系統(tǒng)監(jiān)測 389
8.2.1 桿塔氣象監(jiān)測 390
8.2.2 輸電線振動監(jiān)測 392
8.3 振動能俘獲自驅(qū)動系統(tǒng) 398
8.3.1 微風(fēng)振動能量收集 399
8.3.2 次檔距振蕩能量收集 403
8.3.3 水平舞動能量收集 409
8.4 風(fēng)能俘獲自驅(qū)動系統(tǒng) 414
8.4.1 寬風(fēng)速范圍 414
8.4.2 低風(fēng)速啟動 416
8.4.3 風(fēng)速自適應(yīng) 421
8.5 本章小結(jié) 423
參考文獻(xiàn) 423
第9章 摩擦納米發(fā)電機(jī)在海洋科學(xué)與工程領(lǐng)域的應(yīng)用 425
9.1 引言 425
9.2 自供電海洋物聯(lián)網(wǎng) 425
9.2.1 海洋導(dǎo)航與預(yù)警 426
9.2.2 海洋水下傳感系統(tǒng) 431
9.2.3 海洋裝備供能與監(jiān)測 436
9.3 海洋波譜傳感 441
9.3.1 波浪單一參數(shù)傳感 441
9.3.2 波浪多參數(shù)傳感 446
9.4 海洋生態(tài)環(huán)境傳感與供能 449
9.4.1 水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)供能 449
9.4.2 海洋牧場應(yīng)用 455
9.4.3 海洋電化學(xué)降解 458
9.5 分布式海洋能源網(wǎng)絡(luò) 461
9.5.1 海洋波浪能俘獲網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 461
9.5.2 海洋多源能量收集網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 465
9.6 本章小結(jié) 468
參考文獻(xiàn) 468
第10章 摩擦納米發(fā)電機(jī)在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的應(yīng)用 470
10.1 引言 470
10.2 滑坡自驅(qū)動監(jiān)測 470
10.3 自驅(qū)動雨量計(jì) 472
10.3.1 雨量計(jì)概述 472
10.3.2 雨量計(jì)分類及其工作原理 473
10.3.3 基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動雨量計(jì) 474
10.3.4 基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的翻斗式雨量計(jì) 475
10.3.5 基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的虹吸式雨量計(jì) 481
10.3.6 基于磁翻板式摩擦納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動雨量計(jì) 486
10.3.7 基于液滴摩擦納米發(fā)電機(jī)的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)雨量計(jì) 490
10.4 本章小結(jié) 495
參考文獻(xiàn) 495
第11章 摩擦納米發(fā)電機(jī)在勘察測繪領(lǐng)域的應(yīng)用 497
11.1 引言 497
11.2 智能鉆桿轉(zhuǎn)速監(jiān)測 497
11.3 地質(zhì)探測過程中無人機(jī)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測 498
11.3.1 無人機(jī)加速度傳感器 498
11.3.2 無人機(jī)風(fēng)速傳感器 500
11.4 本章小結(jié) 503
參考文獻(xiàn) 504
第12章 摩擦納米發(fā)電機(jī)在生物工程中的應(yīng)用 506
12.1 引言 506
12.2 智慧紡織 506
12.2.1 分層式紡織摩擦納米發(fā)電機(jī) 506
12.2.2 編織/針織式紡織摩擦納米發(fā)電機(jī) 513
12.2.3 芯紡/涂層紡織摩擦納米發(fā)電機(jī) 518
12.3 可穿戴傳感器和電子設(shè)備 525
12.3.1 人體生物機(jī)械能收集與轉(zhuǎn)換 525
12.3.2 人機(jī)交互健康監(jiān)測 528
12.3.3 人機(jī)交互感官通信 530
12.4 微流控液相介質(zhì)及流體動力學(xué)監(jiān)測 532
12.4.1 生物化學(xué)傳感 533
12.4.2 流體狀態(tài)和人體運(yùn)動監(jiān)測 538
12.4.3 微量液體能量俘獲 546
12.5 本章小結(jié) 551
參考文獻(xiàn) 552