目录

●前言
第1章概述1
1.1煤矿井下环境俘能技术应用潜力1
1.2振动能量俘获技术的发展1
1.3压电式振动能量俘获技术4
1.3.1压电俘能结构创新设计4
1.3.2非线性压电俘能器系统建模与分析方法9
1.3.3随机激励下压电俘能器特性分析11
1.3.4复合式振动能量俘获技术13
1.4煤矿井下采掘激励能量俘获技术18
1.5本书结构及主要内容20
第2章能量俘获技术基础知识22
2.1引言22
2.2煤矿环境激励分析22
2.3能量俘获技术25
2.4磁力耦合振动俘能多物理场建模与求解30
2.4.1构建多物理场耦合的数学模型30
2.4.2磁力耦合振动的动力学方程40
2.4.3模型解析方法43
2.5本章小结49
第3章多场耦合单一组合梁结构非线性拓频机制50
3.1引言50
3.2多稳态系统运动机理50
3.3双稳态压电俘能器动力学建模与响应51
3.3.1双稳态压电俘能器结构51
3.3.2双稳态压电俘能器系统理论模型52
3.3.3双稳态压电俘能器静力学分析54
3.3.4双稳态压电俘能器动力学分析55
3.3.5双稳态压电俘能器实验性能测试65
3.4三稳态压电俘能器动力学建模与响应特性72
3.4.1三稳态压电俘能器结构72
3.4.2三稳态压电俘能器系统动力学模型72
3.4.3系统势能与磁力分析74
3.4.4三稳态压电俘能器时域动力学特性分析75
3.4.5三稳态压电俘能器频域动力学特性分析78
3.4.6三稳态压电俘能器实验性能测试81
3.5本章小结86
第4章新型组合梁式压电俘能器非线性系统参数辨识87
4.1引言87
4.2参数辨识技术87
4.2.1参数辨识研究现状87
4.2.2压电俘能器参数辨识研究现状88
4.3压电俘能器结构模型89
4.3.1组合梁式压电俘能器结构89
4.3.2磁场非线性建模分析89
4.3.3压电俘能器系统动力学模型90
4.4压电俘能器力学参数辨识92
4.4.1系统力学参数模型92
4.4.2力学参数辨识数值验证95
4.5压电俘能器电学参数辨识96
4.5.1系统电学参数模型96
4.5.2电学参数辨识数值验证97
4.6压电俘能器系统参数辨识实验分析99
4.6.1实验测试平台搭建及原理介绍99
4.6.2变分模态分解99
4.6.3压电俘能器力学参数辨识101
4.6.4压电俘能器电学参数辨识103
4.7本章小结105
第5章窄带随机激励下拱形梁双稳态压电俘能器响应特性106
5.1引言106
5.2基于偏置磁距的势阱非对称性补偿策略106
5.3随机激励下系统动力学建模108
5.3.1随机激励模拟108
5.3.2窄带随机激励下系统动力学模型110
5.3.3系统等效线性固有频率分析112
5.4窄带随机激励下拱形梁双稳态压电俘能器响应特性分析113
5.4.1窄带随机激励下势阱非对称性对响应特性的影响113
5.4.2中心频率对系统响应特性的影响117
5.4.3激励强度对系统响应特性的影响118
5.5窄带随机激励下压电俘能器性能比较分析120
5.6采掘激励下压电俘能器俘能特性研究124
5.6.1煤层模型124
5.6.2采煤机动力学模型124
5.6.3采煤机截割方向加速度的提取125
5.6.4在截割硬度为f4煤层的俘能特性分析126
5.7本章小结127
第6章新型组合梁式压电俘能器优化设计128
6.1引言128
6.2线形-拱形组合梁式压电俘能器曲率优化研究128
6.3线形-拱形组合梁式双稳态压电俘能器势阱优化设计与研究132
6.3.1双稳态压电俘能器结构132
6.3.2双稳态压电俘能器系统动力学模型133
6.3.3双稳态压电俘能器势阱优化及动力学仿真分析135
6.4阵列式压电俘能器机电耦合建模与动态特性研究143
6.4.1阵列式压电俘能器结构143
6.4.2阵列式压电俘能器系统动力学模型143
6.4.3简谐激励下阵列式压电俘能器响应特性分析147
6.4.4新型多方向阵列式压电俘能器设计与分析153
6.5本章小结157
第7章复合式俘能器建模分析与实验研究158
7.1引言158
7.2压电-热电双模式俘能器158
7.2.1压电-热电双模式俘能器结构设计158
7.2.2压电俘能器系统非线性建模分析161
7.2.3压电俘能器系统动力学响应特性分析166
7.2.4热电俘能器系统结构设计及分析173
7.2.5双模式俘能器系统实验性能测试179
7.3压电-磁电双模式俘能器190
7.3.1压电-磁电双模式俘能器结构设计190
7.3.2压电-磁电双模式俘能器建模分析192
7.3.3压电-磁电双模式俘能器系统参数影响分析201
7.3.4带限随机激励下双模式俘能器系统输出特性分析213
7.3.5压电-磁电双模式俘能器实验验证227
7.4本章小结247
第8章低频旋转式三稳态压电-电磁俘能器248
8.1引言248
8.2旋转式压电-电磁能量俘获技术研究248
8.3低频旋转式复合俘能器结构设计250
8.3.1总体方案设计250
8.3.2研究方案252
8.4低频旋转式复合俘能器建模分析253
8.4.1三维旋转坐标系转换253
8.4.2系统非线性磁力建模254
8.4.3系统机电耦合动力学建模255
8.5低频旋转式复合俘能器系统参数分析257
8.5.1离心效应对俘能器的影响257
8.5.2参数对俘能器系统的影响259
8.5.3磁铁间距对系统回复力势能的影响265
8.6低频旋转式复合俘能器系统响应特性分析271
8.6.1正向配置旋转环境中俘能器响应特性271
8.6.2反向配置旋转环境中俘能器响应特性276
8.6.3磁铁间距对系统响应的影响281
8.7低频旋转式复合俘能器系统实验性能测试284
8.7.1旋转实验测试平台284
8.7.2功率测试与实际应用研究286
8.8本章小结289
第9章矿用压电自俘能无线监测系统搭建与测试290
9.1引言290
9.2系统总体方案290
9.2.1煤矿井下环境检测指标290
9.2.2系统总体方案设计293
9.3能量管理模块设计294
9.3.1能量收集电路搭建294
9.3.2新型能量管理电路搭建296
9.4无线通信模块设计297
9.4.1无线通信及信息处理模块选择297
9.4.2无线通信模块设计298
9.4.3无线监测节点软件整体设计299
9.4.4监测界面程序设计302
9.5系统测试与验证302
9.5.1无线监测节点性能测试302
9.5.2系统实际应用测试303
9.6本章小结304
参考文献306