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(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、更持久地滿足能源需求作出有意義的貢獻(xiàn)。”他預(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。