Прислать материал
Разработка конструктивно-технологических принципов создания автономных пьезоэлектрических генераторов тока.
Номер контракта: 14.579.21.0086
Руководитель: Чуприн Андрей Васильевич
Должность: Главный конструктор
Ключевые слова:
пьезоматериалы, пьезоэлементы, энергонезависимые системы, автономный источник питания, системы позиционирования, системы мониторинга.
Цель проекта:
Разработка и создание экспериментального образца пьезоэлектрического генератора тока для автономного источника питания для грузовых вагонов и платформ.
Основные планируемые результаты проекта:
Технические характеристики разрабатываемого пьезоэлектрического генератора:
- работа на низкочастотных внешних воздействиях в диапазоне 1 – 20 Гц и ускорениях 0,02 – 1,5 g;
- выделяемая мощность на 1 дм3: 0,25 – 1,2 мВт;
- накапливаемая энергия на 1 дм3 за 100 с: 0,05 – 0,10 Дж;
- выходное электрическое напряжение: 1 – 7 В.
- работа на низкочастотных внешних воздействиях в диапазоне 1 – 20 Гц и ускорениях 0,02 – 1,5 g;
- выделяемая мощность на 1 дм3: 0,25 – 1,2 мВт;
- накапливаемая энергия на 1 дм3 за 100 с: 0,05 – 0,10 Дж;
- выходное электрическое напряжение: 1 – 7 В.
Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Полученные результаты проекта могут быть использованы для создания пьезоэлектрического генератора тока, с помощью которого возможно осуществление контроля безопасности на железнодорожном транспорте, применение спутниковых технологий для обеспечения навигационной поддержки железнодорожной инфраструктуры, создание единой интеллектуальной системы информационного сервиса на железнодорожном транспорте.
На данный момент мировой уровень развития пьезоэлектрических генераторов тока ограничивается устройствами, работающими на частотах от 20 Гц и ускорениях ~0,2 g. Разрабатываемый пьезогенератор тока способен работать в частотном диапазоне 1-20 Гц и обладает удельной плотностью мощности сопоставимой с существующими устройствами.
На данный момент мировой уровень развития пьезоэлектрических генераторов тока ограничивается устройствами, работающими на частотах от 20 Гц и ускорениях ~0,2 g. Разрабатываемый пьезогенератор тока способен работать в частотном диапазоне 1-20 Гц и обладает удельной плотностью мощности сопоставимой с существующими устройствами.
Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Потенциальные области применения пьезогенераторов:
- спутниковый мониторинг и контроль состояния железнодорожного, автомобильного, воздушного и водного транспорта;
- обеспечение электропитанием автономных беспроводных датчиков и труднодоступных электронных систем;
- мониторинг состояния промышленного оборудования;
- автоматизация производственных процессов;
- системы контроля безопасности;
- военные применения.
Перспективы использования результатов проекта на ж/д транспорте:
- реализацию в полном объёме функции автоматизированного контроля состава поездов, а так же уменьшение штата сотрудников, контролирующих составы поездов;
- внедрение безбумажных информационных технологий;
- повышение достоверности и оперативности отчетности о состоянии вагонных и локомотивных парков;
- обеспечение высокого уровня информационного сервиса во внутренних и транзитных международных перевозках.
- спутниковый мониторинг и контроль состояния железнодорожного, автомобильного, воздушного и водного транспорта;
- обеспечение электропитанием автономных беспроводных датчиков и труднодоступных электронных систем;
- мониторинг состояния промышленного оборудования;
- автоматизация производственных процессов;
- системы контроля безопасности;
- военные применения.
Перспективы использования результатов проекта на ж/д транспорте:
- реализацию в полном объёме функции автоматизированного контроля состава поездов, а так же уменьшение штата сотрудников, контролирующих составы поездов;
- внедрение безбумажных информационных технологий;
- повышение достоверности и оперативности отчетности о состоянии вагонных и локомотивных парков;
- обеспечение высокого уровня информационного сервиса во внутренних и транзитных международных перевозках.
Текущие результаты проекта:
Определены характеристики колебаний подвижного состава железных дорог. Разработаны предварительные требования к пьезоэлектрическим генераторам для работы на грузовых вагонах и платформах. Исходя из параметров внешнего воздействия, выбраны оптимальные варианты конструкции пьезогенераторов. Для балочного и мембранного типа пьезогенератора рассчитаны характерные значения выходной мощности, а также определена зависимость выходной мощности от параметров конструкции. Проведены экспериментальные исследования опытных образцов мембранных и балочных пьезогенераторов. Оптимизирована электрическая схема обработки выходного сигнала пьезоэлемента позволяющая собирать энергию колебаний в трех пространственных измерениях. Предложены способы расположения мембранных и балочных пьезогенераторов на грузовом вагоне для получения наибольшего количества энергии.