科學(xué)家嘗試將震動(dòng)轉(zhuǎn)為綠色電力
更廣頻率的能量收集可以更有效、更持久地滿(mǎn)足能源需求
根據(jù)一項(xiàng)最新的研究,來(lái)自人們生活和工作場(chǎng)所的震動(dòng)可以作為一種清潔電力資源被更廣泛地利用。這種被稱(chēng)作“能量收集”(energy harvesting)的概念已經(jīng)提出十多年之久。如今,英國(guó)科學(xué)家正在研究是否可以把更廣范圍的震動(dòng)用于這一用途。他們希望有朝一日,能量收集可以更多地為人們使用的設(shè)備提供電力,如心率監(jiān)視器和手機(jī)。
商業(yè)能量收集設(shè)備業(yè)已存在,例如利用來(lái)自工業(yè)水泵的震動(dòng)為監(jiān)視水泵狀況的傳感器提供電力。在這項(xiàng)最新的研究中,英國(guó)布里斯托爾大學(xué)的研究人員正在探索如何利用諸如直升飛機(jī)和火車(chē)這樣的大型機(jī)械產(chǎn)生的震動(dòng)來(lái)產(chǎn)生電力,同時(shí)來(lái)自家用電器和人體運(yùn)動(dòng)的震動(dòng)也可以以這種方式加以利用。
領(lǐng)導(dǎo)這一項(xiàng)目的布里斯托爾大學(xué)的Stephen Burrow博士解釋說(shuō),這樣的震動(dòng)能量收集設(shè)備利用了一根尾端帶有一個(gè)線圈的彈簧,“這個(gè)線圈和彈簧會(huì)利用一種叫做共振的現(xiàn)象,將小的震動(dòng)擴(kuò)大,從而能夠獲取有用的能量”。他補(bǔ)充說(shuō):“甚至只有幾毫瓦的電力就能為小型電子設(shè)備提供電力,如心率監(jiān)視器或是發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器,而且還能為電力不足的設(shè)備充電,例如MP3播放器或手機(jī)!
Burrow介紹說(shuō),共振就是一個(gè)物體發(fā)出相對(duì)較大的震動(dòng),其直接結(jié)果是在另一個(gè)物體上產(chǎn)生較小的震動(dòng),而且第二個(gè)物體產(chǎn)生的震動(dòng)與第一個(gè)物體震動(dòng)的自然共振頻率相似。而一個(gè)物體的自然共振頻率就是當(dāng)它受到外部刺激發(fā)出自然震動(dòng)時(shí)的頻率。
現(xiàn)有的設(shè)備能夠探測(cè)到的震動(dòng)頻率(每秒震動(dòng)的次數(shù))的范圍很狹窄。如果震動(dòng)不是以正確的頻率發(fā)生,那么產(chǎn)生的電力幾乎低得不能使用。這在應(yīng)用中是一個(gè)很大的問(wèn)題,如運(yùn)輸或人體運(yùn)動(dòng),震動(dòng)的頻率總是在變化。
為了克服這種局限性,布里斯托爾大學(xué)的研究小組正在開(kāi)發(fā)一種新的設(shè)備,其中的線圈和彈簧可以在更廣范圍的頻率中發(fā)生共振。這將使更大范圍內(nèi)的震動(dòng)被探測(cè)到,并因此增加能量收集對(duì)于能源供應(yīng)的貢獻(xiàn)。研究人員相信,通過(guò)探索非線性彈簧的特性能夠達(dá)到這個(gè)結(jié)果。
據(jù)介紹,在彈性限度內(nèi),彈簧的彈力和彈簧的長(zhǎng)度成正比,這就是胡克定律。一根非線性彈簧,彈力和彈簧長(zhǎng)度之間有著復(fù)雜的關(guān)系,彈簧可以根據(jù)被壓縮的軟硬度而設(shè)計(jì)。當(dāng)這些彈簧被應(yīng)用于能量收集時(shí),線圈和彈簧便不再在一種頻率下共振,而是將響應(yīng)更廣范圍的震動(dòng)頻率。
能量收集會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似于電池的低水平電量,但是不需要像電池那樣更換,或是處理電池里面的化學(xué)物質(zhì)所帶來(lái)的潛在危險(xiǎn)和污染。它們還可應(yīng)用于不適合硬接線的地方、容易受到破壞的地方或是不易于維護(hù)的地方。
這樣的機(jī)器可以被廣泛地應(yīng)用,例如為無(wú)線監(jiān)視和診斷傳感器提供電力,這些傳感器可以測(cè)量人體心率、體溫和血壓或是發(fā)動(dòng)機(jī)部件、建筑結(jié)構(gòu)部件所承受的壓力,以及監(jiān)視鐵軌上運(yùn)行的火車(chē)的剎車(chē)溫度。
Burrow補(bǔ)充說(shuō):“有大量免費(fèi)的清潔能源以震動(dòng)的形式存在,只是現(xiàn)在還沒(méi)有被利用到。更廣頻率的能量收集可以為更有效、更持久地滿(mǎn)足能源需求作出有意義的貢獻(xiàn)!彼A(yù)計(jì),更廣頻率的能量收集設(shè)備將有望在5年內(nèi)投入實(shí)際使用。(群芳)
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