研究人员利用3D打印技术制造压电能量收集器用于铁路监测

由于难以访问和维护，铁路监控系统面临电源挑战。压电能量收集通过将列车振动转化为电能提供了一种替代方案。

通常使用双晶悬臂梁，利用 3-100 Hz 范围内的振动产生能量。这与轨道交通引起的频率相匹配，使其能够为低能耗设备和传感器供电。然而，能量产生仅限于其共振附近的窄频带，因此在非共振时会降低输出。

3D打印的 PAHT CF15压电能量收集器。 （图片来源：Cámara-Molina 等）

为了优化这一过程，研究人员利用 3D 打印技术开发了调整能量收集器共振频率的方法，以提高性能。具体来说，他们使用 PAHT CF15 材料设计并 3D 打印了能量收集器的原型。

收割机在一座桥梁上进行了测试，该桥梁因火车驶过而产生垂直振动。调整至桥梁的基本振动模式时可实现最佳性能。火车速度、桥梁特性以及与结构和土壤的相互作用等因素会带来不确定性，使频率调整变得复杂。

实验验证证实了调节过程，测试显示能量水平在 40-55 Hz 左右。收集器的性能在实验室和运行条件下得到验证，证明了从列车引起的振动中有效收集能量。

该研究旨在估算实现最大能量收集的最佳调谐频率。采用统计方法，分析列车引起的桥梁振动产生的机械能。调谐频率通过统计方法确定，确保峰值能量遵循高斯分布。

总体而言，压电能量收集为铁路监控提供了可行的电源，通过适当的调整可以显著提高效率。

您可以通过下方链接阅读完整的研究论文，题为“铁路桥梁3D打印能量收集器的设计和优化” 。

1719989808-Cámara-Molina_2024_J._Phys.__Conf._Ser._2647_102001