طراحی و تحلیل برداشت کننده انرژی پیزوالکتریک پهن باند ممز برای کاربردهای هوافضا

با توسعه سامانه های هوانوردی هوشمند و حرکت صنعت هوافضا به سمت هوانوردی پایدار استفاده از سامانه های پایش سلامت سازه، مبتنی بر حسگرهای بی سیم خودتغذیه اهمیت فزاینده ای یافته است. یکی از چالش های اصلی در توسعه این سامانه ها وابستگی به باتری های شیمیایی و محدودیت های مرتبط با وزن، طول عمر و هزینه های نگهداری آنها است. در این پژوهش، یک برداشت کننده انرژی پیزوالکتریک ممز مبتنی بر ساختار دوتایی پایدار به منظور استخراج انرژی از ارتعاشات تصادفی و فرکانس پایین سازه های هوافضایی ارائه شده است. در ساختار پیشنهادی با بهره گیری از غیرخطی بودن دوتایی پایدار و مهندسی پتانسیل مغناطیسی امکان ایجاد نوسانات میان چاهی و افزایش دامنه پاسخ دینامیکی فراهم شده است؛ موضوعی که محدودیت پهنای باند در برداشت کننده های خطی متداول را کاهش می دهد. مدل دینامیکی سامانه به صورت معادلات جفت شده الکترومکانیکی استخراج و پاسخ سیستم تحت تحریکات تصادفی با استفاده از روش عددی رانگ کوتا مرتبه چهارم در محیط متلب تحلیل شد. نتایج نشان می دهد که ساختار پیشنهادی در مقایسه با سامانه های خطی، عملکرد موثرتری در شرایط تحریک پهن باند داشته و قادر است پاسخ ارتعاشی پایدارتر و دامنه عملکرد وسیع تری ایجاد کند. همچنین بررسی رفتار ولتاژ خروجی بیانگر آن است که استفاده از ساختار دوتایی پایدار می تواند قابلیت تامین انرژی برای حسگرهای ممز و سامانه های پایش سلامت سازه را بهبود بخشد. یافته های این پژوهش نشان می دهد که برداشت کننده های انرژی غیرخطی ممز می توانند گزینه ای مناسب برای توسعه سامانه های خودتغذیه در کاربردهای هوافضایی و سازه ای باشند.

کلیدواژه ها:

ممز ، پیزوالکتریک ، پایش سلامت سازه ، حسگرهای خودتغذیه