ITEM METADATA RECORD
Title: Piezoelectric Energy Harvesters for Wireless Sensor Networks (Piezoelectrische energie opwekking voor draadloze sensor netwerken)
Other Titles: Piezoelectric Energy Harvesters for Wireless Sensor Networks
Authors: Renaud, Michaël; S0111662
Issue Date: 28-Oct-2009
Abstract: De laatste jaren hebben we een enorme ontwikkeling gezien van draagbare elektronica, zoals draadloze sensornetwerken die onder andere hun toepas sing vinden in de gezondheidszorg en in slimme omgevingen. In het algeme en worden elektrochemische batterijen gebruikt als voeding voor de senso ren in zo'n netwerk. Deze hebben als nadeel hun hoge kostprijs en het fe it dat ze gemaakt zijn uit schadelijke materialen die meestal tussen het restafval belanden wegens de hoge recyclagekost. Bovendien kan het verv angen van deze batterijen op afgelegen en gevaarlijke plaatsen ook een g root kostenplaatje met zich meebrengen. Daarom is er een groeiende inter esse voor de zogenaamde energie collectoren. Energie collectoren kunnen energie die aanwezig is in de omgeving omzett en in bruikbaar elektrisch vermogen. Voorbeelden van omgevingsenergie zi jn licht, warmte, mechanische trillingen, menselijke beweging en wind. H et werk in deze thesis focusseert op het verzamelen van energie komende van mechanische trillingen en menselijke bewegingsenergie. Verschillende oogstprincipes zijn nodig om een efficiënte energieverzameling te verwe zenlijken van deze twee energiebronnen; daarom werden twee types apparat en gemodelleerd, gefabriceerd en gekarakteriseerd. Beide types van colle ctoren zijn gebaseerd op het principe van piezo-elektrische transductie. Het apparaat ontwikkeld om energie te halen uit menselijke beweging is g ebaseerd op het fenomeen van impact op een star lichaam van piezo-elektr ische cantilevers. Een vermogen van 47 µW kan behaald worden met ee n apparaat met een dimensie van 3.5*2*2 cm³ en een gewicht van 60 g en d it geplaatst op de hand en elke seconde geroteerd over een hoek van 180° . Een groot deel van het volume van dit prototype kan gelimineerd worden en de uitgangsvermogendichtheid kan geschat worden op 10 µW/cm³ of 4 µW/g voor een geoptimaliseerd systeem dat dezelfde roterende bew eging ondergaat. Deze waarden kunnen vermenigvuldigd worden met een fact or 12 wanneer een lineaire beweging beschouwd wordt met een frequentie v an 7 Hz en een amplitude van 10 cm. Het apparaat ontwikkeld om energie te halen uit trillingen is gebaseerd op een resonantiesysteem gemaakt uit een verpakte piezo-elektrische balk . In de veronderstelling van een enkele harmonische trilling als input, wordt aangetoond dat de beste prestaties behaald worden bij resonantie o f anti-resonantie frequentie van de apparaten. Ook wordt aangetoond dat zowel hoog als laag gekoppelde systemen bruikbaar zijn als de parasitair e verliezen onder een welbepaalde drempelwaarde gehouden kunnen worden. MEMS piezo-elektrische collectoren worden gefabriceerd en gekarakterisee rd. Een uitgangsvermogen van rond de 50 µW werd bereikt met een vol ume van ongeveer 0.3 cm³ met AlN en PZT MEMS collectoren, wat voldoende energie is om sensor knopen te voeden die een laag vermogen nodig hebben . Tot slot wordt dit werk als zeer nuttig gezien met nieuwe en belangrijke resultaten op het vlak van optimalisatie van piezo-elektrische energie collectoren, zowel op experimenteel als theoretisch vlak.
Publication status: published
KU Leuven publication type: TH
Appears in Collections:Electrical Engineering - miscellaneous
Associated Section of ESAT - INSYS, Integrated Systems

Files in This Item:
File Status SizeFormat
PhD_Thesis_MichaelRenaud_Final.pdf Published 7094KbAdobe PDFView/Open Request a copy

These files are only available to some KU Leuven Association staff members

 




All items in Lirias are protected by copyright, with all rights reserved.