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作品名称：面向全风向激励的非线性风能采集器
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：rocket队
参赛学生：房子龙
指导老师：宋汝君

详细说明

开发背景：当今 21 世纪，能源短缺是世界各国普遍面对的严峻问题。随着煤、石油等传统常用的不可再生能源的日渐缺少，新型可再生能源的发展利用，世界各国把它们的发展列为重要目标。除了新能源进行大规模发电外，由于无线传感器技术和微电子技术的发展迅猛，功耗低、成本低的多功能传感器在生活中被使用的也越来越多，这些设备通常是由电池供电的。但电池的存储容量有限，需要定时替换，思及此人们也希望能够把这些日常所忽视的且之前没有科技理论做基础因此无法利用的无污染能源回收利用，把它们转换成电能提供给一些生活中常用的低功耗器件。
结构说明：该装置包括矩形弹性梁、涡卷式螺旋弹性梁、圆柱壳体、扰流板等结构。在利用矩形弹性梁的基础上加入涡卷式弹性梁，充分利用它能在三维空间内任意扭转的伸缩、扭转变形的特点。

根据涡激振动的发生原理设计了涡激振动压电能量收集装置的结构：多个线性阵列排列的圆柱体通过感应垂直风向产生涡激振动，每个圆柱振动方向上连接两个涡卷式弹性梁，圆柱底部连结矩形弹性梁，涡卷式弹性梁及矩形弹性梁上均粘贴压电陶瓷，由于圆柱的涡激振动带动各个弹性梁产生形变，进而带动粘贴在各个弹性梁上的压电材料产生形变，再通过压电效应作用使机械形变转换成电能。

功能与使用说明：压电片输入的信号先经过电阻的分压得到两个信号：一类通过两路的峰值检测电路，在峰值检测电路中，加入了一个前续电压跟随电路，是为了避免后续电路对前面电压的影响，保证信号的准确性，信号再经过了电压跟随电路后直接进入比较器；另一类通过一个 RC 延迟电路进入比较器。这样通过两个电路信号的相位延迟可以得到一个方波信号，实现正弦波信号到方波信号的转

换；得到两路不同延迟的方波信号之后，通过异或MC74VHC 得到一系列脉冲信号。⑴采用流线型圆柱作为拾取风能的主体，在微风情况下即可利用涡激振动原理产生振动，通过多个圆柱串行排列提高风能拾取效率。⑵设计了一种涡卷式螺旋弹性梁拾取振动，采取一个矩形弹性梁配合两个涡卷式螺旋弹性梁的结构作为支撑梁，连接压电换能器实现机械能向电能的转换，通过线性阵列方式进行排列，保证了多个俘能器的高效工作效率。⑶利用扰流板工作原理和圆柱滚子轴承实现装置面对风向的全自动旋转，提高了风能的利用效率。