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能量收集电源设计在飞机状况监视系统的应用方案

2017年12月07日 14:48 次阅读

飞机状况监视

飞机老化是许多空难事故的主要原因,为了尽可能地避免灾难发生,所有飞机都须定期接受机身维护检查。大型机群的结构疲劳曾经是一个需要解决的严重问题,幸运的是,这个问题已经解决了。通过进行更多的检查、改进的结构分析和跟踪方法以及采用新的、创新性理念评估结构的完整性,人们已经解决了这个问题。这有时被称为“飞机状况监视”。监视飞机状况的过程中采用了传感器、人工智能和先进的分析方法,以连续、实时地评估飞机状况。声发射检测是定位和监视金属结构中产生裂缝的先进方法,它可以方便地诊断合成型飞机结构的损坏。一个显然的要求是,以简单的“通过”、“未通过”形式指示结构完整性,或者立即进行维修。这种检测方法使用由压电芯片构成的扁平外形检测传感器和光传感器,压电芯片由聚合物薄膜密封。传感器牢固地安装到结构体表面,通过三角定位能够定位装载有传感器的结构体的声活动。然后用仪器捕捉传感器数据,并以适合于窄带存储和传送的形式用参数表示这些数据。因此,无线传感器模块常常嵌入到飞机的各种不同部分,例如机翼或机身,以进行结构分析。不过为这些传感器供电可能很复杂,因此,如果以无线方式供电甚至实现自助供电,那么这些传感器模块可能更方便使用,效率也更高。在飞机环境中,存在很多“免费”能源,可用来给这类传感器供电。两种显然的方法是热能收集和压电能收集。这两种方法各有优缺点,下面将进行更详细的讨论。

能量收集的基本原理

从温差 (热电发生器或热电堆)、机械振动或压力 (压电或机电器件)和光 (光伏器件) 等可方便得到的物理来源产生电的换能器,对于很多应用来说是可行的电源。众多无线传感器、远端监视器和其它低功率应用正在变成接近“零”电源的设备,它们仅使用收集的能源。
尽管能量收集的概念已经出现很多年了,但是在真实环境中实现的系统一直笨重、复杂并昂贵。不过,有些市场已经采用了能量收集方法,其中包括运输基础设施、无线医疗设备、轮胎压力检测和楼宇自动化。
       典型的能量收集配置或系统 (由图 1 所示的 4 个主要电路系统方框代表) 通常含有一个免费能源。这类能源的例子包括附在飞机发动机等发热源上的热电发生器 (TEG) 或热电堆,或者附在飞机机架或机翼等机械振动源上的压电换能器。

图1 一个典型能量收集系统的 4 个主要方框

在热源情况下,一个紧凑型热电器件可以将小的温差转换成电能。而在振动或压力可用的情况下,一个压电器件可以将小的振动或压力差转换成电能。在任何一种情况下,所产生的电能都可用一个能量收集电路 (图 1中的第二个方框) 转换,并调整为可用形式,以给下游电路供电。这些下游电子组件通常由某种传感器、模数转换器和超低功率微控制器 (图 1 中的第三个方框) 组成。这些组件可以接受这种收集的能量,现在收集的能量以电流形式出现,并且唤醒一个传感器以获取读数或测量值,然后通过一个超低功率无线收发器传送这些数据,无线收发器由图 1 所示电路链的第四个方框代表。
       这个链中的每一个电路系统方框都有自己独特的限制,能源本身可能例外,这些限制已经削弱了电路系统经济上的可行性,直到现在情况一直如此。低成本和低功率传感器及微控制器已经上市两三年了,不过最近超低功率收发器才提供商用产品。然而,在这个链中,最落后的一直是能量收集器。
能量收集器方框的已有方案一般采用低性能分立组件配置,通常由 30 个或更多组件组成。这种设计转换效率低,静态电流大,从而导致最终系统性能受损。低转换效率导致了系统加电所需时间延长,反过来又延长了获取传感器读数与发送数据之间的时间间隔。大静态电流限制了能量收集源的输出,因为能量收集器必须首先提供自身工作所需的电流,然后才能够向输出提供任何多余的功率。

能量收集换能器和IC

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发表于 2018-01-26 13:59 927次阅读
开关电源如何判断起振_开关电源不起振原因分析

基于UC3846的24V/24V直流隔离电源

本文主要介绍了一种基于UC3846的24V/24V直流隔离电源。车载电源24V,经过输人滤波电路、隔...

发表于 2018-01-26 11:31 342次阅读
基于UC3846的24V/24V直流隔离电源

教你如何优化与创新交通运输系统的电源解决方案

交通运输系统的输入电压可能高达14V(单电池供电汽车)、28V(双电池供电卡车、客车和飞机)、或更高...

发表于 2018-01-26 07:07 866次阅读
教你如何优化与创新交通运输系统的电源解决方案

一文看懂超薄电源的pcb设计和制造窍门|干货分享

几年前市场上就开始有了宣称超薄电 几年前市场上就开始有了宣称超薄电 源产品,随着电子技术的飞速发展,...

发表于 2018-01-26 07:02 2059次阅读
一文看懂超薄电源的pcb设计和制造窍门|干货分享

常见led驱动电源电路设计大全(十款电路设计原理...

本文主要介绍了常见led驱动电源电路设计大全(十款电路设计原理图详解)。led驱动电源是把电源供应转...

发表于 2018-01-25 10:13 5641次阅读
常见led驱动电源电路设计大全(十款电路设计原理...

反激开关电源波形分析

本文介绍了五种反激开关电源的波形。

发表于 2018-01-24 14:14 615次阅读
反激开关电源波形分析

开关电源sw引脚的波形介绍

开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的...

发表于 2018-01-24 13:42 242次阅读
开关电源sw引脚的波形介绍

国家电网:站址规划藏高招 “螺蛳壳里做道场”

在电网项目前期工作中,有这样一句广为流传的话,“规划的节约才是最大的节约”。记者查阅大量的数据和资料...

发表于 2018-01-23 11:37 156次阅读
国家电网:站址规划藏高招 “螺蛳壳里做道场”

基于OVP/UVP测试调节电源输出电压方案

本设计实例介绍了一种基于OVP/UVP测试、负载余量测试、电压可编程性或其它任何理由而需要调节电源输...

发表于 2018-01-22 12:08 256次阅读
基于OVP/UVP测试调节电源输出电压方案

简易12v充电器电路图(七款12v充电器电路图详...

本文主要介绍了简易12v充电器电路图(七款12v充电器电路图详解)。锂电池在充电过程中需要控制它的充...

发表于 2018-01-22 10:07 3886次阅读
简易12v充电器电路图(七款12v充电器电路图详...

电源并联:电源简化设计

系统设计人员希望考虑将直流电源并联使用可能有很多原因。其中有些与物料清单和物流问题相关,其他则集中于...

发表于 2018-01-22 07:29 129次阅读
电源并联:电源简化设计

全汉战神480电源评测:齐全线材 直指中高端

全汉(FSP)企业集团作为全球电源供应器的一大巨头,一直致力于电源供应器高标准的研发与制造,在研发方...

发表于 2018-01-21 01:30 540次阅读
全汉战神480电源评测:齐全线材 直指中高端

模块化UPS电源的构成以及优缺点盘点

模块化UPS是由机架、UPS功率模块、静态开关模块、显示通信模块以及电池组构成。

发表于 2018-01-20 11:23 270次阅读
模块化UPS电源的构成以及优缺点盘点

受电鳗启发研制的电源可以用来为身体佩戴的电子设备...

一种受电鳗启发研制而成的灵活且透明的电源,可以用来为身体佩戴的电子设备供电,比如心脏起搏器、植入式传...

发表于 2018-01-18 11:25 979次阅读
受电鳗启发研制的电源可以用来为身体佩戴的电子设备...

简述示波器进行电源纹波分析及测试[图]

以20M示波器带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因...

发表于 2018-01-18 07:58 421次阅读
简述示波器进行电源纹波分析及测试[图]

简单的双向可控硅正电源驱动解决方案

电源电压在某些情况下被视为正电压或者负电压。对于不经常跟双向可控硅开关管打交道的人来说,“负电源”听...

发表于 2018-01-17 16:14 369次阅读
简单的双向可控硅正电源驱动解决方案

对于硬件电路的设计过程的详细剖析

1)总体思路。设计硬件电路,大的框架和架构要搞清楚,但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老...

发表于 2018-01-17 15:09 926次阅读
对于硬件电路的设计过程的详细剖析

220v转5v电路原理图

本文主要介绍了几种220v转5v电路原理图,在交流220V转5V直流电源设计中,首先是对220V的高...

发表于 2018-01-16 09:10 5532次阅读
220v转5v电路原理图

基于DCS系统6种常见故障的深度解析

dcs维护内容多且复杂,所以在出现故障的时候,容易没有头绪。一般常见故障,可以从以下6个方向入手。

发表于 2018-01-15 16:34 1755次阅读
基于DCS系统6种常见故障的深度解析

LED驱动电源介绍_常用的LED驱动电源电路图

LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器,本文为大家介绍六种常用的...

发表于 2018-01-11 08:58 2227次阅读
LED驱动电源介绍_常用的LED驱动电源电路图

单片机简叙与单片机引脚介绍

单片机的40个引脚大致可分为4类:电源、时钟、控制和I/O引脚。

发表于 2018-01-10 14:12 1049次阅读
单片机简叙与单片机引脚介绍