摩擦納米發(fā)電機在工程技術中的應用

目錄
前言
第1章 摩擦納米發(fā)電機基本原理 1
1.1 引言 1
1.2 摩擦納米發(fā)電機的發(fā)明 1
1.2.1 摩擦納米發(fā)電機的基本模式 1
1.2.2 摩擦材料選擇標準與原則 3
1.2.3 摩擦納米發(fā)電機的主要評價指標 11
1.3 摩擦納米發(fā)電機的物理原理 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 24
參考文獻 24
第2章 基于摩擦納米發(fā)電機的高熵能源俘獲策略 26
2.1 引言 26
2.2 機械調(diào)控式摩擦納米發(fā)電機 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 仿生結構式摩擦納米發(fā)電機 49
2.3.1 風場環(huán)境仿生結構 49
2.3.2 水環(huán)境仿生結構 57
2.3.3 風水耦合環(huán)境仿生結構 64
2.4 直流輸出式摩擦納米發(fā)電機 71
2.4.1 機械開關式 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 76
2.5 本章小結 79
參考文獻 79
第3章 摩擦納米發(fā)電機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)電機電學理論基礎 81
3.1.2 等效電路模型 81
3.1.3 級聯(lián)設計法則 84
3.2 摩擦納米發(fā)電機高性能輸出研究 89
3.2.1 倍壓變換電路設計 89
3.2.2 串級耦合增流設計 91
3.2.3 轉移電荷累積電路設計 92
3.3 功率轉換電路設計 94
3.3.1 串級匹配電路設計 94
3.3.2 整流電路設計 97
3.3.3 斬波電路設計 99
3.3.4 調(diào)理電路設計 100
3.4 集成化開發(fā) 102
3.4.1 無源開關集成電路設計 102
3.4.2 有源可控信號集成設計 104
3.4.3 多源發(fā)電復合電路設計 110
3.4.4 分布式發(fā)電與傳感的集成化 113
3.5 本章小結 115
參考文獻 115
第4章 基于摩擦納米發(fā)電機的自驅動流體傳感器 117
4.1 引言 117
4.2 流體激勵的摩擦納米發(fā)電及自驅動傳感理論基礎 118
4.2.1 雙電層摩擦納米發(fā)電機電荷轉移機理 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計與仿真 131
4.3.2 摩擦電式氣動浮子流量傳感器設計與仿真 133
4.3.3 磁翻板型摩擦電式流量傳感器設計與仿真 134
4.3.4 摩擦電式汽車空氣流量傳感器的設計與仿真 135
4.4 基于摩擦納米發(fā)電機的自驅動流體傳感實驗及其應用 144
4.4.1 摩擦電式非滿管流量傳感器實驗及其應用 144
4.4.2 摩擦電式非滿管流量傳感器實驗分析研究 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驗及應用實例 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驗研究 166
4.7 本章小結 172
參考文獻 172
第5章 摩擦納米發(fā)電機在機械工程領域的應用 173
5.1 引言 173
5.2 自驅動運動傳感器 173
5.2.1 自驅動位置傳感器 173
5.2.2 自驅動旋轉傳感器 182
5.2.3 多自由度運動傳感 191
5.3 自驅動智能機電系統(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 氣缸位置自驅動監(jiān)測 211
5.4.2 管路流體自驅動監(jiān)測 221
5.5 軟體機器人用柔性傳感 230
5.5.1 軟體機械爪智能分類功能 231
5.5.2 爬行軟體機器人本體結構監(jiān)測 235
5.6 本章小結 241
參考文獻 241
第6章 摩擦納米發(fā)電機在交通運輸領域的應用 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 交通運行狀態(tài)監(jiān)測 266
6.3.2 交通基礎設施狀態(tài)監(jiān)測 277
6.4 路面健康狀態(tài)監(jiān)測 297
6.4.1 結構設計及工作原理 298
6.4.2 建模和分析 301
6.4.3 S-TES 的性能測試 305
6.4.4 應用演示 308
6.5 本章小結 311
參考文獻 312
第7章 摩擦納米發(fā)電機在建筑設施健康監(jiān)測領域的應用 314
7.1 引言 314
7.2 橋梁結構健康監(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 自供電轉速監(jiān)測 370
7.5 本章小結 386
參考文獻 386
第8章 摩擦納米發(fā)電機在智慧電力系統(tǒng)領域的應用 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 振動能俘獲自驅動系統(tǒng) 398
8.3.1 微風振動能量收集 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 風能俘獲自驅動系統(tǒng) 414
8.4.1 寬風速范圍 414
8.4.2 低風速啟動 416
8.4.3 風速自適應 421
8.5 本章小結 423
參考文獻 423
第9章 摩擦納米發(fā)電機在海洋科學與工程領域的應用 425
9.1 引言 425
9.2 自供電海洋物聯(lián)網(wǎng) 425
9.2.1 海洋導航與預警 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 海洋牧場應用 455
9.4.3 海洋電化學降解 458
9.5 分布式海洋能源網(wǎng)絡 461
9.5.1 海洋波浪能俘獲網(wǎng)絡構建 461
9.5.2 海洋多源能量收集網(wǎng)絡構建 465
9.6 本章小結 468
參考文獻 468
第10章 摩擦納米發(fā)電機在防災減災領域的應用 470
10.1 引言 470
10.2 滑坡自驅動監(jiān)測 470
10.3 自驅動雨量計 472
10.3.1 雨量計概述 472
10.3.2 雨量計分類及其工作原理 473
10.3.3 基于摩擦納米發(fā)電機的自驅動雨量計 474
10.3.4 基于摩擦納米發(fā)電機的翻斗式雨量計 475
10.3.5 基于摩擦納米發(fā)電機的虹吸式雨量計 481
10.3.6 基于磁翻板式摩擦納米發(fā)電機的自驅動雨量計 486
10.3.7 基于液滴摩擦納米發(fā)電機的毛細通道結構雨量計 490
10.4 本章小結 495
參考文獻 495
第11章 摩擦納米發(fā)電機在勘察測繪領域的應用 497
11.1 引言 497
11.2 智能鉆桿轉速監(jiān)測 497
11.3 地質(zhì)探測過程中無人機的結構健康監(jiān)測 498
11.3.1 無人機加速度傳感器 498
11.3.2 無人機風速傳感器 500
11.4 本章小結 503
參考文獻 504
第12章 摩擦納米發(fā)電機在生物工程中的應用 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 506
12.2.2 編織/針織式紡織摩擦納米發(fā)電機 513
12.2.3 芯紡/涂層紡織摩擦納米發(fā)電機 518
12.3 可穿戴傳感器和電子設備 525
12.3.1 人體生物機械能收集與轉換 525
12.3.2 人機交互健康監(jiān)測 528
12.3.3 人機交互感官通信 530
12.4 微流控液相介質(zhì)及流體動力學監(jiān)測 532
12.4.1 生物化學傳感 533
12.4.2 流體狀態(tài)和人體運動監(jiān)測 538
12.4.3 微量液體能量俘獲 546
12.5 本章小結 551
參考文獻 552