自谐振智能能量采集器的研制

物联网(IoT)是一种基于提供资源和信息的无线传感器节点的网络。物联网设备要长久使用，必须更换电池，或者需要多条布线复杂的电源线连接。为安装在地理上难以接近的区域的众多传感器更换电池或连接长电源线既费时、危险又昂贵。

能量收集技术收集汽车、建筑物和家用电器等日常环境中浪费的能量，例如振动、热、光和电磁波，并将其转化为电能。能量收集器可以在没有外部电源的情况下收集环境能源，从而产生足够的电力来运行小型电子设备。

韩国科学技术研究院(KIST)宣布，电子材料研究中心的Hyun-CheolSong博士的研究团队开发出一种自主共振调谐(ART)压电能量收集器，可根据周围环境自动调节其共振。这种能量收集器可以在超过30赫兹的宽带宽上调整自身的共振，并将吸收的振动能量转化为电能。

显示ART能量采集器特性的图表。图片来源：韩国科学技术研究院

将振动转换为电能的能量收集过程不可避免地会造成机械能损失，从而导致能量转换效率低下。这个问题可以利用当物体的固有频率与振动频率匹配时振动放大的共振现象来解决。

然而，虽然能量收集器的固有频率是固定的，但我们在日常环境中遇到的各种振动具有不同的频率范围。因此，收割机的固有频率每次都必须根据使用环境进行调整，以引起共振，难以投入实际使用。

因此，KIST研究团队开发了一种专门设计的能量收集器，无需单独的电气设备即可将自身调谐到周围的频率。当能量采集器感应到周围环境的振动时，附着在采集器上的自适应钳位系统(调谐系统)将其频率调制为与外部振动相同的频率，从而实现共振。因此，可以在两秒内快速实现谐振频率调谐，在超过30Hz的宽带宽中持续发电。

图表显示了ART能量收集器的实际应用潜力，该能量收集器成功地利用汽车发动机的振动能量驱动定位装置。图片来源：韩国科学技术研究院

为了在现实世界中验证ART功能，将这种配备调谐系统的能量收集器安装在车辆上。与之前研究中引入的压电能量收集器不同，它成功地在振动频率不断变化的环境中驱动了一个没有电池的无线定位设备。

领导这项研究的宋博士说：“这一结果表明，利用振动的能量收集器可以很快应用到我们的现实生活中。它有望作为无线传感器的独立电源，包括物联网，在未来。”

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