التحقيق في إمكانات محولات الطاقة الكهروإجهادية الرقيقة المنحنية بشكل فردي لحصاد الطاقة ومراقبة الصحة الهيكلية

يتمثل النطاق الرئيسي لبحثنا في التقييم الشامل لحصادة طاقة اهتزاز الخرسانة المستشعرة التي تم اختراعها حديثا ، مقارنة بجهاز الاستشعار الحالي لدينا وهو مستشعر اهتزاز الخرسانة لحصاد الطاقة ، بالإضافة إلى مراقبة الصحة الهيكلية. تشمل التطورات الحديثة في هذا المجال أجهزة استشعار محلية مصممة بشكل مبتكر ، مثل DCVS و DCVH ومتغير Tipizodal ، والتي يمكن أن تحل بسهولة محل الإضافات باهظة الثمن لتحليل النموذج ثلاثي الأبعاد الكامل ويمكن دمجها بسلاسة مع تقنية AAML و UVM. من وجهة نظرنا ، فإن تقنيات الاستشعار المستقبلية هي الذكاء الاصطناعي ، ML المدمجة مع هذه المستشعرات الكهربائية والألياف الضوئية والاستشعار القائم على الرؤية.

يحمل اندماج المستشعرات وإنترنت الأشياء وعدا كبيرا لمستقبلنا. يتمثل التحدي الرئيسي في تطوير أنظمة الحصول على البيانات المستقلة والمصغرة التي تعمل بالأس الهيدروجيني والمصغرة التي تركز على السحابة ، مما يؤهل استشعار إنترنت الأشياء بالمعنى الاحترافي. اختراعنا الجديد ، CVH ، المستند إلى تصميم جديد قائم على الطوبولوجيا بقيادة مبادئ الميكانيكا ، يعزز بشكل كبير الطاقة المحصودة ، والقوة المقطوعة ، وهو موجود أيضا في SHM ، سواء كان بناء على تقنيات الاهتزاز العالمية ، أو تقنية العجز الكهروميكانيكي المحلي.

للبدء ، تأكد من أن التوصيلات الكهربائية لمحولات الطاقة الكهربائية Piezo تظل محمية طوال عملية الصب. ثم ضع عارضة الخرسانة المسلحة في إعداد مدعوم بامتداد فعال يبلغ 1 ، 100 ملم للاختبار التجريبي. بعد ذلك ، ضع شاكر على طول ثلث الحزمة.

الآن ، قم بتوصيل مستشعر اهتزاز الخرسانة ومخرجات حصادة طاقة اهتزاز الخرسانة بقناتين من راسم الذبذبات. قم بتثبيت مقياس تسارع بحساسية 100 مللي فولت لكل جيجا في منتصف الحزمة ، ثم قم بتوصيله بمضخم ICP. قم بإثارة عارضة الخرسانة المسلحة باستخدام شاكر في وضع الجناح ، وقم بإجراء تحليل مجال التردد للاستجابات من مستشعر اهتزاز الخرسانة ، واهتزاز الخرسانة ، وحصاد الطاقة ، ومقياس التسارع.

بعد ذلك ، ضع شاكرا من النوع الدوار غريب الأطوار في منتصف فترة الحزمة. قم بتوصيل وإعداد وحدة تحكم في السرعة لتنظيم شاكر. لتحليل الطاقة المولدة بواسطة محولات الطاقة Piezo ، أولا ، قم بإعداد دائرة قياس الطاقة عن طريق توصيل مقاومتين ، R1 و R2 ، على التوالي عبر مستشعرات بيزو.

قم بتوصيل راسم الذبذبات عبر R1 لمراقبة جهد الخرج V2. يتم عرض قراءات الجهد في راسم الذبذبات. ابدأ تشغيل شاكر لإحداث اهتزازات في عارضة الخرسانة المسلحة ، واضبط التسارع باستخدام وحدة التحكم في السرعة. باستخدام راسم الذبذبات ، قم بتسجيل جهد الخرج V2 من كل مستشعر.

ثم احسب الطاقة الناتجة عن كل مستشعر عند مستويات التسارع المختلفة. لتقييم إمكانات تخزين الطاقة لمحولات الطاقة Piezo ، قم بإعداد الجهاز التجريبي بدون دائرة قياس الطاقة. استبدله بدائرة مقوم جسر كاملة بسيطة.

ابدأ تشغيل شاكر وحث الاهتزازات في عارضة الخرسانة المسلحة. اضبط تسارع شاكر باستخدام وحدة التحكم في السرعة. باستخدام راسم الذبذبات ، قم بقياس وتسجيل جهد الخرج VC من دائرة المعدل لكلا المستشعرين.

احسب إجمالي الطاقة المخزنة ومتوسط القدرة المحققة في المكثف لكلا المستشعرين ، باستخدام المعادلات المحددة. لمراقبة الصحة الهيكلية ، قم بتوصيل مقياس LCR بسطح المكتب لقياس توقيع القبول الكهربائي. ضع مقياس حرارة رقمي لضمان الحفاظ على درجة حرارة الغرفة موحدة طوال التجربة.

قم بإثارة المستشعرات من خلال تطبيق جهد كهربائي توافقي عبرها بترددات عالية في وضع المجموعة مع مقياس LCR. ثم إحداث ضرر في الشعاع عن طريق حفر ثقوب واحدة تلو الأخرى. في مجال التردد ، تم تحديد تردد الذروة عند حوالي 55 هرتز لكل من محولات الطاقة ومقياس التسارع ، مما يؤكد التردد الطبيعي للحزمة.

في الإثارة الجيبية ، يولد CVEH جهدا أعلى باستمرار من CVS خلال نفس الفاصل الزمني. عبر ترددات الإثارة المختلفة ومواضع الهزاز ، أنتجت CVEH باستمرار جهد دائرة مفتوحة أعلى من CVS ، خاصة في مواضع الثلث والنصف من دعم الحزمة. زادت الطاقة المولدة من CVEH بشكل كبير مع التسارع ، حيث ارتفعت نسب الطاقة من 8.36 إلى 15.19 مترا في الثانية إلى 13.01 عند 21.68 مترا في الثانية المربعة.

عند تسارع نقطة المنتصف يبلغ 4.89 مترا في الثانية المربعة ، شحنت CVEH المكثف في 236 ثانية ، مقارنة ب 335 ثانية بواسطة CVS. عند تسارع أعلى يبلغ 8.84 مترا في الثانية المربعة ، حققت CVEH 8.65 ميكرو واط من الطاقة ، أي ما يقرب من 1.68 مرة من CVS عند 5.14 ميكرو واط. بالنسبة لمراقبة الصحة الهيكلية ، كان الانحراف عن توقيعات القبول الأساسية أكثر وضوحا في CVEH منه في CVS ، خاصة بعد مراحل الضرر المتتالية.

كانت قيم الانحراف التربيعي بين المراحل الصحية والتالفة أعلى باستمرار في CVEH مقارنة بCVS لكل من التوصيل والثبات.