更廣頻率的能量收集可以更有效、更持久地滿足能源需求

        根據(jù)一項最新的研究，來自人們生活和工作場所的震動可以作為一種清潔電力資源被更廣泛地利用。這種被稱作“能量收集”(energy harvesting)的概念已經(jīng)提出十多年之久。如今，英國科學(xué)家正在研究是否可以把更廣范圍的震動用于這一用途。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，例如利用來自工業(yè)水泵的震動為監(jiān)視水泵狀況的傳感器提供電力。在這項最新的研究中，英國布里斯托爾大學(xué)的研究人員正在探索如何利用諸如直升飛機(jī)和火車這樣的大型機(jī)械產(chǎn)生的震動來產(chǎn)生電力，同時來自家用電器和人體運(yùn)動的震動也可以以這種方式加以利用。

　　領(lǐng)導(dǎo)這一項目的布里斯托爾大學(xué)的Stephen
Burrow博士解釋說，這樣的震動能量收集設(shè)備利用了一根尾端帶有一個線圈的彈簧，“這個線圈和彈簧會利用一種叫做共振的現(xiàn)象，將小的震動擴(kuò)大，從而能夠獲取有用的能量”。他補(bǔ)充說：“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，共振就是一個物體發(fā)出相對較大的震動，其直接結(jié)果是在另一個物體上產(chǎn)生較小的震動，而且第二個物體產(chǎn)生的震動與第一個物體震動的自然共振頻率相似。而一個物體的自然共振頻率就是當(dāng)它受到外部刺激發(fā)出自然震動時的頻率。

　　現(xiàn)有的設(shè)備能夠探測到的震動頻率(每秒震動的次數(shù))的范圍很狹窄。如果震動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)用中是一個很大的問題，如運(yùn)輸或人體運(yùn)動，震動的頻率總是在變化。

　　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)的震動被探測到，并因此增加能量收集對于能源供應(yīng)的貢獻(xiàn)。研究人員相信，通過探索非線性彈簧的特性能夠達(dá)到這個結(jié)果。

　　據(jù)介紹，在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力和彈簧的長度成正比，這就是胡克定律。一根非線性彈簧，彈力和彈簧長度之間有著復(fù)雜的關(guān)系，彈簧可以根據(jù)被壓縮的軟硬度而設(shè)計。當(dāng)這些彈簧被應(yīng)用于能量收集時，線圈和彈簧便不再在一種頻率下共振，而是將響應(yīng)更廣范圍的震動頻率。

　　能量收集會產(chǎn)生類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)所帶來的潛在危險和污染。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，例如為無線監(jiān)視和診斷傳感器提供電力，這些傳感器可以測量人體心率、體溫和血壓或是發(fā)動機(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)行的火車的剎車溫度。

　　Burrow補(bǔ)充說：“有大量免費的清潔能源以震動的形式存在，只是現(xiàn)在還沒有被利用到。更廣頻率的能量收集可以為更有效、更持久地滿足能源需求作出有意義的貢獻(xiàn)。”他預(yù)計，更廣頻率的能量收集設(shè)備將有望在5年內(nèi)投入實際使用。