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科学家尝试将震动转为绿色电力

发布时间:2020-09-27 17:28:57

根据一项最新的研究,来自人们生活和工作场所的震动可以作为一种清洁电力资源被更广泛地利用。这种被称作“能量收集”(energy harvesting)的概念已经提出十多年之久。如今,英国科学家正在研究是否可以把更广范围的震动用于这一用途。他们希望有朝一日,能量收集可以更多地为人们使用的设备提供电力,如心率监视器和手机。
 
商业能量收集设备业已存在,例如利用来自工业水泵的震动为监视水泵状况的传感器提供电力。在这项最新的研究中,英国布里斯托尔大学的研究人员正在探索如何利用诸如直升飞机和火车这样的大型机械产生的震动来产生电力,同时来自家用电器和人体运动的震动也可以以这种方式加以利用。
 
领导这一项目的布里斯托尔大学的Stephen Burrow博士解释说,这样的震动能量收集设备利用了一根尾端带有一个线圈的弹簧,“这个线圈和弹簧会利用一种叫做共振的现象,将小的震动扩大,从而能够获取有用的能量”。他补充说:“甚至只有几毫瓦的电力就能为小型电子设备提供电力,如心率监视器或是发动机温度传感器,而且还能为电力不足的设备充电,例如MP3播放器或手机。”
 
Burrow介绍说,共振就是一个物体发出相对较大的震动,其直接结果是在另一个物体上产生较小的震动,而且第二个物体产生的震动与第一个物体震动的自然共振频率相似。而一个物体的自然共振频率就是当它受到外部刺激发出自然震动时的频率。
 
现有的设备能够探测到的震动频率(每秒震动的次数)的范围很狭窄。如果震动不是以正确的频率发生,那么产生的电力几乎低得不能使用。这在应用中是一个很大的问题,如运输或人体运动,震动的频率总是在变化。
 
为了克服这种局限性,布里斯托尔大学的研究小组正在开发一种新的设备,其中的线圈和弹簧可以在更广范围的频率中发生共振。这将使更大范围内的震动被探测到,并因此增加能量收集对于能源供应的贡献。研究人员相信,通过探索非线性弹簧的特性能够达到这个结果。
 
据介绍,在弹性限度内,弹簧的弹力和弹簧的长度成正比,这就是胡克定律。一根非线性弹簧,弹力和弹簧长度之间有着复杂的关系,弹簧可以根据被压缩的软硬度而设计。当这些弹簧被应用于能量收集时,线圈和弹簧便不再在一种频率下共振,而是将响应更广范围的震动频率。
 
能量收集会产生类似于电池的低水平电量,但是不需要像电池那样更换,或是处理电池里面的化学物质所带来的潜在危险和污染。它们还可应用于不适合硬接线的地方、容易受到破坏的地方或是不易于维护的地方。
 
这样的机器可以被广泛地应用,例如为无线监视和诊断传感器提供电力,这些传感器可以测量人体心率、体温和血压或是发动机部件、建筑结构部件所承受的压力,以及监视铁轨上运行的火车的刹车温度。
 
Burrow补充说:“有大量免费的清洁能源以震动的形式存在,只是现在还没有被利用到。更广频率的能量收集可以为更有效、更持久地满足能源需求作出有意义的贡献。”他预计,更广频率的能量收集设备将有望在5年内投入实际使用。


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