автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Подсистема автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей энергии для малопотребляющих электронных средств

кандидата технических наук
Осин, Алексей Викторович
город
Владимир
год
2011
специальность ВАК РФ
05.13.12
Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Подсистема автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей энергии для малопотребляющих электронных средств»

Автореферат диссертации по теме "Подсистема автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей энергии для малопотребляющих электронных средств"

На правах рукописи

ОСИН Алексей Викторович

ПОДСИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ МАЛОПОТРЕБЛЯЮЩИХ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

(промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2011

1 4 АПР 2011

4843911

Работа выполнена на кафедре физики и прикладной математики Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Руфицкий Михаил Всеволодович (Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»),

доктор технических наук, профессор Жигалов Илья Евгеньевич

(Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»)

доктор технических наук, профессор Назаров Александр Викторович (Завод-ВТУЗ Московского авиационного института им.С.Орджоникидзе)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Защита диссертации состоится «4» мая 2011г. в 14 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.025.01 Владимирского государственного университета по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, ауд. 211-1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Владимирского государственного университета. Автореферат разослан «28» марта 2011 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, ВлГУ, каф. ИСИМ, ученому секретарю совета

Ведущая организация:

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Р.И. Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Одной из тенденций развития приборостроения является снижение потребляемой мощности мобильными приборами. Снижение потребления настолько существенное, что позволяет использовать в качестве элементов питания пьезоэлектрические генераторы, работающие в качестве преобразователей механических воздействий в электрическую энергию. Использование пьезоэлектрического преобразователя механической энергии (ПЭПМЭ) в качестве источника питания электронных средств (ЭС) целесообразно в местах, где сложно подвести электроэнергию по проводам, а также когда имеются ограничения на установку батарей питания. ПЭПМЭ должен находиться на источнике механических воздействий либо расположен рядом с ними, поэтому транспортные средства являются наиболее рациональными объектами для установки ПЭПМЭ, так как являются источниками механических воздействий: ударов, гармонических и случайных вибраций. Частотные и амплитудные характеристики таких механических воздействий разнообразны и зависят от вида транспортного средства (например, автомобиля, поезда, корабля или самолета), поэтому требуется обязательный учет параметров механических воздействий, формируемых подвижным объектом уже на этапе начального проектирования конструкции ПЭПМЭ. Габаритные размеры, геометрия конструкции и используемые материалы должны быть рассчитаны исходя из объекта их установки и требований по получаемой электрической мощности. Большое разнообразие объектов установки пьезоэлектрических генераторов и требования сокращения времени проектирования требуют использования при их разработке программных продуктов автоматизации проектирования.

Исследованиям в этой области посвящены работы в России, США, Японии, Израиле и других странах. Наиболее известны труды S. Priya, D. J. Inman, Wong Z. L., S. Roundy, M. Marzencki, Б.С. Аронова, M.C. Нунупарова, B.H. Малюха, E.H. Талицкого и других авторов.

Цель работы

Целью данной диссертационной работы является ускорение процесса проектирования и улучшение технических характеристик ПЭПМЭ для альтернативного питания малопотребляющих ЭС, работающих в условиях механических воздействий, на базе создания новой подсистемы автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей энергии.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:

- проведение анализа различных систем проектирования ПЭПМЭ, а также технических характеристик ПЭПМЭ и требований к их конструкции;

- разработка математической модели ПЭПМЭ, которая позволяет определить геометрические размеры и основные требования к конструкции ПЭПМЭ в зависимости от места их установки и вида подвижного объекта;

- на базе полученной математической модели синтез алгоритма работы подсистемы САПР, обеспечивающей процесс автоматизированного проектирования ПЭПМЭ в зависимости от источников механического возбуждения: ударных воздействий, гармонической вибрации, случайной вибрации;

- на основе проведенных исследований разработка подсистемы САПР ПЭПМЭ и проведение ее апробации.

Методы исследования основываются на методах теории алгоритмов, теории САПР, методах прикладной механики, теории колебаний, теории пьезоэлектричества.

Научная новизна

- разработана математическая модель пьезоэлектрического преобразователя энергии удара, отличающаяся от существующих дополнением условий механической и электрической прочности, условием устойчивости;

- разработана математическая модель пьезоэлектрического преобразователя гармонической вибрации, отличающаяся от существующих расчетами энергии при возникновении второй и последующих собственных частот ПЭПМЭ в виде пластины;

- разработана математическая модель пьезоэлектрического преобразователя случайной вибрации;

- разработана математическая модель топологии новой конструкции электродов;

- на основе математической модели разработаны алгоритмы, применяемые для автоматизированного проектирования ПЭПМЭ: для расчета габаритных размеров и выбора пьезоэлектрических материалов при ударных воздействиях, при воздействии гармонической вибрации, при воздействии случайной вибрации.

Практическая значимость

- разработана подсистема автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей механической энергии для малопотребляющих ЭС, позволяющая сократить время проектирования конструкции преобразователя. Зарегистрированная программа для ЭВМ - № 2010614786.;

- разработан способ получения энергии при случайной вибрации, а также при образовании второй и более высоких гармоник собственных частот

ПЭПМЭ, в результате чего преобразованная электрическая энергия ПЭПМЭ повышается до нескольких десятков раз.

Внедрение и практическое использование результатов работы

Разработанная подсистема САПР, алгоритмы и математические модели использованы в НИР «Исследование специализированных приборов для индикации высокого уровня вибраций», в рамках ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы, а также внедрены в проектно-конструкторскую деятельность ЗАО «НПО «Измерительные системы» в г. Коврове.

Апробация работы

Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на технических советах научно-технического центра ОАО «Завод «Автоприбор», на семинарах кафедры «Конструирование и технология радиоэлектронных средств», «Физика и прикладная математика», «Вычислительная техника» «Владимирского государственного университета», на международном симпозиуме «Надежность и качество», на международных научно-практических конференциях «Моделирование. Теория, методы и средства» и «Наука и современность - 2010», получены грамота и диплом за проект «Подсветка дорожных знаков с использованием альтернативного источника питания» на Всероссийской выставке инновационных проектов, проект получил рекомендательное письмо от депутата Государственной Думы РФ М.Н. Мищенко для дальнейшего внедрения.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Математическая модель пьезоэлектрического преобразователя энергии удара, гармонической вибрации, случайной вибрации.

2. Математическая модель топологии новой конструкции электродов.

3. Алгоритмы, применяемые для автоматизированного проектирования ПЭПМЭ.

4. Подсистема автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей энергии для малопотребляющих ЭС.

Публикации

По теме исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе одна статья в изданиях, рекомендованных ВАК, получены один патент РФ на полезную модель, одна заявка на изобретение, зарегистрирована одна программа для ЭВМ. Зарегистрировано 2 отчета по НИР, заказчиком которых является Федеральное агентство по образованию, выполненных при участии автора.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами и заключения, а также списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 154 страницах, в том числе: 112 страницы основного текста, иллюстрированного

24 рисунками и 7 таблицами, список литературы го 105 наименований на 12 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и основные направления исследований, приведены краткие аннотации глав диссертации.

В первой главе проводится анализ современных САПР и их возможности по разработке пьезоэлектрических преобразователей энергии (ПЭПМЭ), проводится анализ конструкций и материалов существующих ПЭПМЭ.

Выходная мощность существующих ПЭПМЭ составляет милливатты, поэтому для того, чтобы конструкция ПЭПМЭ имела приемлемые размеры, ПЭПМЭ следует использовать для малопотребляющих ЭС. ПЭПМЭ целесообразно использовать для ЭС, работающих в импульсном режиме, большую часть времени находящихся в состоянии «sleep», когда происходит минимальное потребление электрической энергии устройством. Наименьшим энергопотреблением (менее 10 мВт) обладают ЭС, работающие по стандартам RFID и ZigBee. Устройства, работающие по этим стандартам, соответствуют вырабатываемой мощности существующих ПЭПМЭ.

Объекты установки ПЭПМЭ оказывают на преобразователь различные возмущающие воздействия, которые имеют характеристики: сила, ускорение, перемещение, спектральная плотность ускорения. Сжатый пьезоэлектрический элемент под воздействием удара обуславливает генерацию электрической энергии. При вибрации действует механическая сила, которая вызывает изгиб рабочего элемента. Появляется электрический заряд на каждой стороне пластины как противодействие механическому напряжению. При воздействии вибрации традиционно используют жесткозащемленную с одной стороны пьезоэлектрическую пластину (рис. 1).

Рис. 1. Пьезоэлектрическая пластина: а - пьезоэлектрическая пластина компании Piezo systems; б - амплитуда перемещения пластины при вибрации

Известные математические модели (ММ) упрощены и не учитывают условия механической и электрической прочностей, устойчивости конструкции. При воздействии гармонической вибрации в существующих ММ рассчитывается

выходная электрическая энергия при возникновении резонанса на первой собственной частоте, так как в этом случае пластина или балка имеют наиболее простую форму колебания (рис. 1) и используется сплошной электрод. Существует возможность для расчета энергии на последующих собственных частотах, но такие расчеты не используются, так как нет ММ для расчета топологии электродов, форма колебаний пластин усложняется и при использовании сплошного электрода значительная часть электрической энергии компенсируется.

На реальных объектах источником механических возмущений является случайная вибрация, гармоническая вибрация встречается крайне редко. ММ, описывающих пьезоэлектрические преобразователи в условиях случайной вибрации, нет.

Необходимо составить ММ, которая позволяет найти размеры конструкции ПЭПМЭ при заданных механических воздействиях и требуемой электрической энергии. Необходимо разработать ММ рабочего элемента пьезопреобразователя, подвергающегося ударным воздействиям, гармонической вибрации, случайной вибрации, где объединены ММ пьезоэлектрического эффекта и функции условий механической и электрической прочностей, устойчивости. Входными данными должны быть параметры материала, значение энергии, которое необходимо получить для работы ЭС, параметры механического воздействия. Конструкция и топология электродов должны быть выходными данными ММ.

Проведенный в работе анализ показал, что в настоящее время отсутствуют специализированные САПР пьезоэлектрических преобразователей для маломощных ЭС. Создание такой САПР преобразователей энергии помогло бы существенно сократить время разработки для малопотребляющих ЭС. Основой автоматизации проектирования ПЭПМЭ являются математические модели, определяющие механические перемещения частей преобразователей в зависимости от имеющихся механических воздействий.

В качестве базовой системы математического моделирования ПЭПМЭ выбрана Matlab, так как имеет язык программирования и лишена недостатков Maple и Mathematica. На базе системы Matlab строится интерактивный комплекс анализа и синтеза проектных решений, результаты которого используются в проектной и конструкторской документации ПЭПМЭ.

Во второй главе разрабатываются математические модели ПЭПМЭ при различных механических воздействиях.

Для преобразования энергии удара рассматривается простейший преобразователь в виде прямоугольного параллелепипеда. ММ ударного ПЭПМЭ, на основе которой определяются габаритные размеры ПЭПМЭ и материал для получения необходимой электрической энергии для автономной работы малопотребляющих ЭС, представлена системой из уравнений энергии для продольного и поперечного ПЭПМЭ, условий механической и

электрическом прочностеи, условия устойчивости конструкции, представлена системой

3 2е£0аЬ 2 2££0аЬ' с

____'тах

аЬ >-;

, ^ ^эdijFmax ab > ----

£Е0Епр ' (1)

аЧ^ 12 Ртах{1 — у2) Л2 ~ п2Еу„р аЬ3 ^ 12 Ртах(1 — у2) Л2 ~ я2^

где ^ - электрическая энергия продольного и поперечного преобразователей соответственно, <7тадг- допустимое механическое напряжение сжатия, Ртах -максимальная сила, V - коэффициент Пуассона, Еугт1) - модуль Юнга, с!^ -соответствующий пьезомодуль для продольного и поперечного преобразователей.

На основе ММ, представленной системой (1), необходимо создание программы для автоматизированного расчета параметров конструкции ПЭПМЭ и выбора материала, так как для адекватного результата необходимо значительное количество вычислений.

При воздействии на объект вибрации или если сам объект является источником вибрации, используется соответствующая конструкция ПЭПМЭ. Для преобразования энергии гармонической и случайной вибраций в качестве конструкции ПЭПМЭ традиционно используют пластину, один край которой жестко закреплен. Такой вид крепления обусловлен возможностью получения максимальной кинетической энергии Ттах при вибрации, что видно из формулы

Р^о

i-jfw4xdy, (2)

• max 2

Sn

где S„ - площадь пластины, р - плотность материала, h - толщина пластины, ю0 -собственная частота колебаний пластины, рад/с, w - деформация изгиба, х, у -координаты пластины.

Значение интеграла в формуле (2) зависит от способа крепления. Численные значения интегралов для соответствующих способов крепления концов пластины представлены в источнике, на основании которого делается вывод, что жесткое защемление пластины с одной стороны из стандартных креплений дает наибольшее значение интеграла. Следовательно, при прочих равных условиях пластины, жестко закрепленные с одного края, способны выделять большее количество энергии по сравнению с пластинами, закрепленными другими стандартными способами.

Система выражений, на основе которой определяются габаритные

размеры ПЭПМЭ и материал для получения необходимой электрической энергии для автономной работы малопотребляющих ЭС при гармонической вибрации:

^пл £п=1 сгпаплпЬПлп(^33

2£оапл^>пл

м„

IV

(3)

Го1 =

2 па*

«плЬщ, >

^33 Еп=1(°'папллЬШот)

ММ ПЭПМЭ случайной вибрации, на основе которой определяются габаритные размеры ПЭПМЭ и материал для получения необходимой электрической энергии для автономной работы малопотребляющих ЭС:

Лпл 5]и=1 СГтоя^шт^гат^ЗЗ

IV,, = ■

/0£ =

ЯплЬпл ^

(4)

^33 Х1п=1 ЙшапллЬплп)

2 ЕЕо^р

Из формулы (2) следует, что получение кинетической энергии при вибрации возрастает с увеличением номера собственной частоты пластины. Одним из препятствий использования второй и последующих собственных частот является возникновение нескольких пучностей колебаний, то есть точек пластины, в которых отклонения достигают максимума. Для того чтобы образовавшиеся разноименные заряды на одной стороне пластины не компенсировали друг друга, необходимо особое расположение электродов на пластине (рис. 2).

--"В-

0 б) X

Рис. 2. Возможная форма пластин: а - при воздействии гармонической вибрации; б - возможная форма пластина при воздействии случайной вибрации.

На рис. 2,а показана возможная форма пластины при возникновении резонанса на собственных частотах выше первой. Пластина делится на два интервала: АВ - интервал выпуклости, ВС - интервал вогнутости.

Рассматривается верхняя сторона пластины. Исходя из физических законов пьезоэлектрического эффекта на интервалах АВ и ВС возникают разноименные заряды, та же картина характерна и для нижней стороны пластины.

Форма пластины при воздействии случайной вибрации обычно сложнее, чем при воздействии гармонической вибрации (рис. 2,6). Общим в формах пластин на рисунках 2,а и 2,6 является существование точки перегиба - точки В. Для того чтобы разноименные заряды не компенсировались, необходимо в точках перегиба пластины делать разрыв электродов, нанесенных на поверхности, вдоль всей оси у, если точка перегиба находится на оси х, и наоборот - вдоль всей оси х, если точка перегиба находится на оси у. При возникновении линий перегиба на обеих осях пластины (вдоль длины и ширины) возможны варианты нанесения электродов: линии перегиба вдоль оси л: разрывают верхний электрод, а линии перегиба вдоль оси у - нижний электрод, или наоборот, то есть электроды представляют собой матричное расположение полос проводящего материала на поверхностях пластины; линии перегиба вдоль оси х и вдоль оси у разрывают оба электрода, то есть электроды представляют собой сотовое расположение секторов проводящего материала.

При воздействии гармонической вибрации эффективность в (в процентах) применения матричного способа расположения электродов в зависимости от количества интервалов вогнутости / и выпуклости/ рассчитывается по формуле, которая выведена исходя из рисунка матрицы:

Для создания зазора между электродами одной поверхности пластины

необходимо рассчитать координаты линий перегиба, вдоль которых и делается

зазор. Функции Крылова, формула , отражают форму пластины на собственных

частотах. Для получения координат линии перегиба необходимо найти корни

второй производной функций Крылова, приравненных к нулю. Координатами

линий перегиба рассчитываются

А ¡х A¡x A¡x A¡x —sin--A¡cos— + S¡sh---t-C¡ch—= 0;

^ Л/7 Q-ПЛ ^ ПЛ 0-ПЛ (f-Л

A,y A.y X¡y A,y y>

-sin— - AjCos— + ñysh—+ Cj-ch— = 0.

&пл ^ПЛ U-fin

Система (6) решается при гармонической вибрации, при воздействии случайной вибрации необходимо найти корни уравнений системы:

'Y7 • л о uÁikX\ л > (-sin--Aikcos--f-Sfksh--HQfcCh-1 = 0;

n

(7)

V ^т—- + + = 0.

ат йпл а™ ' ат)

где к - номер собственной частоты, которая входит в заданный спектр частот.

Интервалы выпуклости и вогнутости могут и не чередоваться, такая ситуация наиболее вероятна при воздействии случайной вибрации. В таком случае зазор вдоль линии перегиба не нужен.

В третьей главе разрабатываются алгоритмы работы подсистемы САПР ПЭПМЭ для малопотребляющих ЭС, которые представлены в виде блок-схем.

Согласование разрабатываемой подсистемы с другими САПР и работа оператора показаны на рис. 3, где представлена общая структура системы разработки ПЭПМЭ.

"Потребляемая электрическая энергия ЭС; Объект установки ПЭПМЭ; Ограничения габаритных размеров " ПЭПМЭ;

Характеристики механических воздействий, „оказываемых на ПЭПМЭ

Техническое задание на разработку ПЭПМЭ

[САР.САЕ^

Ввод данных [--

Подготовка файла для САМ-системы (ПЭПМЭ) —

Техническое задание на разработку СхЭП

(САВ.СА!- Синтез СхЭП

Подготовка файла для САМ-системы (СхЭП)

Формирование комплекта документации и файлов

Ввод исходных данных оператором

Работа подсистемы автоматизированного проектирования ПЭПМЭ. В подсистеме обеспечивается автоматизация инженерных расчетов и анализа

Вывод подсистемой результатов: выходная энергия, габаритные размеры, материал и пр.

Преобразование выходных данных подсистемы для системы автоматизированной разработки программ создания ПЭПМЭ для станков с ЧПУ

Выходная электрическая энергия ПЭПМЭ;

Объект установки ЭС;

Ограничения габаритных размеров ЭС;

Преобразование выходных данных подсистемы для системы автоматизированной разработки программ создания СхЭП для станков с ЧПУ

Формирование конструкторской, технологической документации, файлов для САМ-сисгем

Рис. 3. Общая структура системы автоматизированного проектирования ПЭПМЭ

Разрабатываемая подсистема в структуре системы на рис. 3 выделена штриховой линией. Из рисунка видно, что, в соответствии с ГОСТ 23501.101-87, разрабатываемая подсистема является объектной проектирующей подсистемой.

Методика автоматизированного проектирования ПЭПМЭ, включая разработку СхЭП, описывается по структуре, изображенной на рис. 3.

Общая структура подсистемы автоматизированного проектирования ПЭПМЭ показана на рис. 4.

Рис. 4. Блок-схема общего алгоритма проектирования ПЭПМЭ

В алгоритме показаны основные циклы, действия и переменные, которые используются для написания данного блока.

Ограничения могут быть связаны как с технологическими особенностями производства пьезоэлектрических элементов, так и с техническим заданием. Без ввода ограничений на габаритные размеры дальнейшая работа программы невозможна, так как расчет ведется путем перебора всех возможных вариантов габаритных размеров и при отсутствии ограничений память переполняется, результат не известен.

При ударе возмущающее воздействие характеризуется значением приложенной силы, при воздействии гармонической вибрации - амплитудой виброускорения гармонической вибрации в местах крепления пластины, значением частоты, на которой должна работать система, при воздействии случайной вибрации - спектральной плотностью ускорения в точках крепления, диапазоном частот, на которых работает система.

Точность задается путем ввода количества отрезков, то есть количества шагов приращения ог нижнего ограничения габаритных размеров до верхнего, или путем введения значения точности - размер отрезка приращения.

Необходимо провести расчет для каждого материала, который выбран пользователем из базы данных материалов. Под оптимальным выбором материала подразумеваются различные характеристики и параметры итоговой конструкции, в настоящей программе - это минимальные габаритные размеры.

В ветке алгоритма ударных воздействий основой является расчет габаритных размеров и соответствующих значений энергии пластин, которая выделяется при заданном ударном воздействии. На основании данных блока расчета габаритных размеров необходимо определить габариты, при которых выделяется максимальная энергия, и габариты, при которых выделяется заданная энергия для одного материала, поэтому расчеты следует проводить внутри цикла подбора материалов. Необходимо учитывать, что рассчитанное значение заданной энергии в программе отличается от значения заданной энергии в исходных данных. Это связано с тем, что расчет ведется с определенной точностью; соответственно, чем выше задана точность, тем ближе значения рассчитанной энергии и энергии, заданной пользователем.

В ветке алгоритма гармонической вибрации необходимо провести расчеты всех собственных частот каждой пластины, поэтому основным циклом выбран цикл собственных частот. В теле цикла 8, аналогично с веткой ударных воздействий, рассчитываются габаритные размеры пластин и соответствующие значения энергии, которая выделяется при заданных параметрах гармонической вибрации.

В ветке алгоритма случайной вибрации рассчитываются габаритные размеры пластин и соответствующие значения энергии, которая выделяется при воздействии случайной вибрации. В блоке расчета габаритных размеров рассчитываются собственные частоты, входящие в спектр вынужденной случайной вибрации.

При ударных воздействиях соответствующие стороны ПЭПМЭ покрываются проводником полностью, а при воздействии вибрации существуют варианты нанесения электрода.

Алгоритм блока расчета рисунка нанесения электродов на поверхность преобразователя более подробно представлен на рис. 5. Для того чтобы определить координаты линий перегиба, то есть координаты линий разрыва электродов, необходимо решить функции Крылова (блок 1). При отсутствии линий перегиба используется сплошной электрод на каждой стороне ПЭПМЭ (блок 3), о чем выводится соответствующее сообщение пользователю (блок 9).

В случае существования перегиба необходимо рассчитать расстояние между электродами, которые находятся на одной стороне ПЭПМЭ. Расчет расстояния между электродами происходит в блоке 4.

( Конец

Рис. 5. Блок-схема алгоритма расчета рисунка нанесения электродов

Сотовое расположение электродов используется, если существует одна или ни одной линии перегиба, поэтому вводится условие 6, в котором определяется количество пучностей с целью определения расположений

электродов: сотовое (блок 5) или матричное (блок 7). Для того чтобы знать, какое количество энергии доступно после снятия заряда электродами, рассчитывается эффективность матричного способа расположения электродов (блок 8). Эффективность рассчитывается по уравнению 5. В блоке 9 пользователю выводится информация о координатах, расположения электродов, расстояние между электродами, эффективность снятия энергии.

Для высокой скорости работы программы был разработан алгоритм, в котором учтены особенности среды Ма^аЬ по увеличению быстродействия работы программы и эффективному управлению памятью.

С целью ускорить работу подсистемы в разработанной программе принято несколько упрощений. При расчете собственных частот не учитывается толщина электродов, так как толщина электродов по сравнению с толщиной пьезоэлектрической пластины является незначительной. По той же причине не учитывается расстояние разрыва между электродами. Эти упрощения не должны внести значительной ошибки в результаты расчетов. Габариты пластины рассчитываются без учета площади пластины, необходимой для крепления, также детально не рассчитывается крепление пластины.

В четвертой главе рассматриваются примеры проектирования ПЭПМЭ с помощью разработанной подсистемы САПР, оценивается адекватность используемых в ней математических моделей и проводится сравнение с программным комплексом АпвуБ.

На основе разработанного в третьей главе алгоритма создана подсистема автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей энергии для малопотребляющих ЭС на основе МаНаЬ.

Для проверки адекватности ММ, используемой в разработанной подсистеме, и адекватности ММ, используемой в среде АшуБ для расчета ударного преобразователя использовались экспериментально полученные данные.

Анализ полученных результатов показал, что разработанная ММ ударных воздействий и ММ АшуБ адекватны с доверительной вероятностью 95%, а результаты опытов воспроизводимы. Адекватность оценивается по критерию Фишера, воспроизводимость - по критерию Кохрена.

Адекватность ММ преобразователя ударных воздействий позволяет провести сравнение ММ вибрационных преобразователей разработанной подсистемы и среды Ашув. Точность ММ, используемой в разработанной программе, оценивается степенью совпадения значений электрических зарядов, рассчитанных в среде АпБуэ (}А, и значений зарядов тех же пьезоэлектрических элементов, рассчитанных с помощью оцениваемой программы <2М. Средняя относительная погрешность Д<2, которая рассчитывается по формуле, составляет в процентах

= (8)

71 — 1

Сравнение результатов разработанной подсистемы САПР и Атуэ показано на рис. 6, где отображены результаты двенадцати различных моделирований, проведенных в разработанной подсистеме САПР и в среде АпэуБ. В качестве сравнительной характеристики выступает значение величины электрического заряда, образованного при различных механических воздействиях.

Электрический заряд, нсгамализованные данные

иМаНаЬ и Агкуэ

123456789 10 11 12

Номер опыта

Рис. 6. Сравнение результатов разработанной программы^ системе МаЙаЬ и среде Апбуб

Данные в гистограмме представлены в относительных единицах, где за уровень единицы принято среднее значение между результатами разработанной программы и среды Апвуз. Из рис. 6 видно, что разброс значений находится в пределах 30% , что связано с разбросом значений входных данных в разработанной подсистеме и в среде АпзуБ.

Для сравнения двух систем учитывается скорость машинного времени моделирования. Скорость выполнения в обеих системах сопоставима, но необходимо учесть, что в Атуэ расчеты ведутся на основании результатов разработанной подсистемы. Расчет конструкции ПЭПМЭ является итерационным, это описанно в третьей главе. Следует отметить, что при анализе в среде Ашуэ проводится расчет единственной конструкции при заданных значениях параметров преобразователя. Для оптимизации ПЭПМЭ анализ необходимо будет многократно повторять, что существенно увеличивает время моделирования в среде АпэуБ.

В приложениях приводятся текст модулей подсистемы автоматизированного проектирования ПЭПМЭ, текст макросов моделирования в Апзуэ механических воздействий на ПЭПМЭ, примеры использования разработанной подсистемы, акты и справки о внедрении и использовании результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

- разработаны математические модели ПЭПМЭ, позволяющие определить геометрические размеры и основные требования к конструкции ПЭПМЭ в зависимости от места их установки и вида подвижного объекта при ударных воздействиях, при гармонической вибрации, при случайной вибрации;

- разработана математическая модель новой топологии электродов ПЭПМЭ, позволяющая использовать ПЭПМЭ в виде пластины при возникновении второй и последующих собственных частот ПЭПМЭ, а также при случайной вибрации;

- на базе полученной математической модели синтезированы, алгоритмы работы подсистемы САПР, обеспечивающей процесс автоматизированного проектирования ПЭПМЭ в зависимости от источников механического возбуждения: ударных воздействий, гармонической вибрации, случайной вибрации;

- на базе математической модели новой топологии электродов синтезирован алгоритм работы части подсистемы САПР, в которой рассчитывается топология электродов;

- на основе проведенных исследований разработана подсистема САПР ПЭПМЭ, которая позволяет сократить время создания и ввода в эксплуатацию ПЭПМЭ.

Публикации по теме диссертационной работы

' Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Осин A.B., Руфицкий М.В. Методика автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей энергии для малопотребляющих электронных средств // Проектирование и технология электронных средств. Всероссийский журнал. - Владимир. -2009. - №2. - С. 6165. (Соискатель - 90%)

Публикации в других изданиях:

2. Осин A.B., Руфицкий М.В., Сучков М.А. Использование пьезоэлектрических преобразователей для повышения надежности радиоэлектронных средств / НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО: Труды Международного симпозиума: //Под ред. Н. К. Юркова. — Пенза : Инф.-изд.ц. Пенз. ГУ, 2009. (Соискатель - 80%)

3. Осин A.B., Руфицкий М.В., Лоханов A.B. Источники электрической энергии на основе пьезоэлектрических материалов / INTERMATIC-2009//Материалы научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлетронного приборостроения», 7-11 декабря 2009г., Москва./Под ред. чл.-корр.РАН А.С.Сигова. Научное издание.- М.: Энергоатомиздат, 2009, часть 2. (Соискатель - 80%)

4. Осин A.B., Руфицкий M.B. Проектирование источников электрической энергии на основе пьезоматериалов / Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России [Электронный ресурс]: II Всероссийские научные Зворыкинские чтения. Сб. тез. докладов II Всероссийской межвузовской научной конференции (Муром, 5 февраля 2010 г.). -Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2010. - 802 е., ил. -1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - Систем. требования:1ВМ PC. Microsoft Windows 98/2000/XP/Vista. Adobe Acrobat Reader 6.0. Internet Explorer 6.0 - Загл. с экрана. -№ гос. регистрации 0321 ООО 182. (Соискатель - 70%)

5. Осин A.B., Руфицкий М.В. Математическое моделирование энергонезависимых приборов для индикации критического уровня вибрации / Моделирование. Теория, методы и средства: материалы X Междунар. науч,-практ. конф., г. Новочеркасск, 5 апр. 2010 г./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). -Новочеркасск: ЮРГТУ, 2010. (Соискатель - 90%)

6. Осин A.B., Руфицкий М.В. Альтернативный источник питания для малопотребляющих блоков систем связи на подвижных объектах / Наука и современность - 2010: сборник материалов III Международной научно-практической конференции. В 3-х частях. Часть 2 / Под.общ. ред. С. С. Чернова. -Новосибирск: Издательство НГТУ, 2010. (Соискатель - 60%)

7. Осин A.B. Сравнительный анализ систем автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей энергии для малопотребляющих электронных средств / Труды Владимирского государственного университета. Выпуск 7. Физико-математические основы индустрии наносистем и материалов - Владимир. -2010.

8. Осин A.B. Синергия наноэффектов на примере автономного индикатора вибрации / Труды Владимирского государственного университета. Выпуск 7. Физико-математические основы индустрии наносистем и материалов -Владимир. -2010.

Патенты и свидетельства РФ:

9. Пьезоэлектрический генератор: патент на полезную модель - № 82960 МПК H02N2/18. - № 2008143776/22; правообладатель: Открытое акционерное Общество «Завод «Автоприбор», авторы: A.B. Осин, М.В. Руфицкий; заявл. 05.11.2008. . - Опубл. 10.05.2009. Бюл. № 13. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам РФ. (Соискатель -50%)

10. Устройство для индикации уровня вибрации: заявка на изобретение -№2010124768/28; правообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет», авторы: A.B. Осин, М.В. Руфицкий, М.А. Сучков; заявл. 16.06.2010, уведомление о рассмотрении ходатайства о проведении экспертизы заявки на изобретение по существу 01.09.2010. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам РФ. (Соискатель - 35%)

11. Программа расчета конструктивных характеристик

пьезоэлектрического преобразователя энергии для малопотребляющих радиоэлектронных средств: зарегистрированная программа для ЭВМ - № 2010614786; правообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет», авторы: A.B. Осин, М.В. Руфицкий; заявл. 01.06.2010, зарегест. 22.07.2010. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам РФ. (Соискатель — 50%)

Личный вклад диссертанта в работах, выполненных в соавторстве, заключается в следующем:

в [1] - разработана методика автоматизированного проектирования ПЭПМЭ;

в [2,3] - проведен обзор и анализ пьезоэлектрических преобразователей; в [4,9] - разработана конструкция ПЭПМЭ; в [5] - разработана математическая модель ПЭПМЭ; в [6] — выполнено моделирование ПЭПМЭ для подвижных объектов; в [10] - проведен анализ и описание конструкции устройства; в [11] - написан текст модуля подсистемы.

Подписано в печать 21.03.11 Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ Издательство Владимирского государственного университета. 600000, Владимир, ул. Горького, 87.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Осин, Алексей Викторович

Основные обозначения и сокращения.

Введение.

Глава 1. Анализ конструкторских особенностей пьезоэлектрических преобразователей механической энергии (ПЭПМЭ) и систем их проектирования.

1.1 Анализ конструкций пьезоэлектрических преобразователей.

1.1.1 Обзор ПЭПМЭ для установки на различных подвижных объектах

1.1.2 Особенности материалов пьезоэлектрических преобразователей.

1.2 Математические модели, применяемые при проектирование пьезоэлектрических преобразователей энергии.

1.2.1 Аналитические модели применяемые для расчете конструкции пьезоэлектрического преобразователя.

1.2.2 Расчет конструкции ПЭПМЭ на основе.численных методов.

1.3 Обзор существующих методов проектирования ПЭПМЭ.

1.4 Постановка задач диссертационной работы.

Глава 2. Математическое обеспечение проектирования ПЭПМЭ.

2.1 Математическая модель преобразователя энергии удара.

2.2 Математическая модель преобразователя гармонической вибрации.

2.3 Математическая модель преобразователя случайной вибрации.

2.4 Математическая модель топологии электродов.

2.5 Выводы по второй главе.

Глава 3. Методика автоматизированного проектирования ПЭПМЭ.

3.1 Разработка структуры подсистемы и методики автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей энергии для малопотребляющих электронных средств.

3.2 Разработка алгоритма автоматизированного проектирования ПЭПМЭ

3.2.1 Разработка алгоритма автоматизированного проектирования ПЭПМЭ для ударных воздействий.

3.2.2 Разработка алгоритма автоматизированного проектирования ПЭПМЭ для воздействий гармонической вибрации.

3.2.3 Разработка алгоритма автоматизированного проектирования ПЭПМЭ для воздействия случайной вибрации.

3.3 Выводы по третьей главе.

Глава 4. Экспериментальные исследования и результаты апрбации подсистемы автоматизированного проектирования ПЭПМЭ.

4.1 Методика проведения сравнительного анализа.

4.2 Системные требования разработанной подсистемы автоматизированного проектирования ПЭПМЭ.

4.3 Верификация и исследование результатов работы подсистемы автоматизированного проектирования ПЭПМЭ.

4.4 Исследование моделирования топологии электродов пьезоэлектрических преобразователей энергии для малопотребляющих электронных средств.

4.5 Выводы по четвертой главе.

Введение 2011 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Осин, Алексей Викторович

Актуальность работы.

Одной из тенденций развития приборостроения является снижение потребляемой мощности мобильными, приборами. Снижение потребления настолько существенное, что позволяет использовать в качестве элементов питания пьезоэлектрические генераторы, работающие в качестве преобразователей механических воздействий в электрическую энергию. Особенно эффективно использование пьезоэлектрического преобразователя механической энергии (ПЭПМЭ), в" качестве источника питания электронных средств (ЭС), в местах, где сложно подвести электроэнергию по проводам, а также, когда имеются ограничения на установку батарей питания. ПЭПМЭ должен находиться на источнике механических воздействий, либо расположен рядом с ними, поэтому транспортные средства являются наиболее рациональными объектами для установки ПЭПМЭ, так как являются источниками механических воздействий: ударов, гармонических и случайных вибраций. Частотные и амплитудные характеристики таких механических воздействий разнообразны и зависят от вида транспортного средства, например, автомобиля-, поезда; пкорабля! или■■ самолета. Для повышения эффективности элементов питания на основе пьезоэлектрических генераторов требуется , обязательный учет параметров механических воздействий, формируемых подвижным объектом, уже на этапе начального проектирования конструкции ПЭПМЭ. Габаритные размеры, геометрия конструкции и используемые материалы должны быть рассчитаны, исходя из объекта их установки и требований по получаемой электрической мощности. Большое разнообразие объектов установки пьезоэлектрических генераторов и требования сокращения времени проектирования требуют использования при их разработке программных продуктов автоматизации проектирования.

Исследования в этой области посвящены работы в России, США, Японии, Израиле и других странах. Наиболее известны труды S. Priya, D. J. Inman, Wong Z. L., S. Roundy, M. Marzencki, Б.С. Аронова, M.C. Нунупарова, B.H. Малюха, E.H. Талицкого и других авторов.

Цель диссертационной работы состоит в ускорении процесса проектирования и улучшении технических характеристик ПЭПМЭ для альтернативного питания малопотребляющих электронных средств, работающих в условиях механических воздействий, на базе создания новой подсистемы автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей энергии.

Для достижения указанной цели необходимо решить задачи:

1. Провести анализ различных систем проектирования ПЭПМЭ, а также технических характеристик ПЭПМЭ и требований к их конструкции;

2. Разработать математическую модель ПЭПМЭ, позволяющую определить геометрические размеры и основные требования к конструкции ПЭПМЭ в зависимости от места их установки и вида подвижного объекта;

3. На базе полученной математической модели синтезировать алгоритмы работы подсистемы САПР, обеспечивающей процесс автоматизированного проектирования ПЭПМЭ в зависимости от источников механического возбуждения: ударных воздействий, гармонической вибрации, случайной вибрации;

4. На основе проведенных исследований разработать подсистему САПР ПЭПМЭ и провести ее апробацию. ■

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:

1. Разработана математическая модель пьезоэлектрического преобразователя энергии удара, отличающаяся от существующих дополнением условий механической и электрической прочности, условием устойчивости;

2. Разработана математическая модель пьезоэлектрического преобразователя гармонической вибрации, отличающаяся от существующих расчетами энергии при возникновении второй и последующих собственных частот ПЭПМЭ в виде пластины;

3. Разработана математическая модель пьезоэлектрического преобразователя случайной вибрации;

4. Разработана математическая модель топологии новой конструкции электродов;

5. На основе математической модели разработаны блок схемы алгоритмов, применяемых для автоматизированного проектирования ПЭПМЭ: для расчета габаритных размеров и выбора пьезоэлектрических материалов при ударных воздействиях, при воздействии гармонической вибрации, при воздействии случайной вибрации.

Практическая ценность работы:

1. Разработана подсистема автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей энергии для малопотребляющих электронных средств, позволяющая, относительно других САПР, сократить время проектирования конструкции-, преобразователя. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010614786.;

2. Разработан способ получения энергии при случайной вибрации и при образовании второй и выше собственных частот ПЭПМЭ в виде пластины, в результате чего преобразованная электрическая энергия ПЭПМЭ повышается до нескольких десятков раз;

Реализация и внедрение результатов. Разработанная подсистема САПР, алгоритмы и ММ использованы в »НИР «Исследование специализированных приборов для индикации высокого уровня вибраций», в рамках ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 -2013 годы, а также внедрены в проектно-конструкторскую деятельность ЗАО «НПО «Измерительные системы» в г. Коврове.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на технических советах научно-технического центра ОАО «Завод «Автоприбор», на семинарах кафедры «Конструирование и технология радиоэлектронных средств», «Физика и прикладная математика», «Вычислительная техника» «Владимирского государственного университета», на международном симпозиуме «Надежность и качество», на международных научно-практических конференциях «Моделирование. Теория, методы и средства» и «Наука и современность - 2010», получены грамота и диплом за проект «Подсветка дорожных знаков с использованием альтернативного источника питания» на Всероссийской выставке инновационных проектов, проект получил рекомендательное письмо от депутата Государственной 'Думы' РФ М.Н.' Мищенко для дальнейшего I внедрения.

Публикации по работе. Материалы по теме диссертации опубликованы в 11 работах, одна из которых входит в перечень изданий, рекомендуемых ВАК.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и основные направления исследований, приведены краткие аннотации глав диссертации.

В первой главе проводится анализ современных программных

Ч. !->(;,! V ; 1 5 Ч ' мч, продуктов и их возможности при разработке ПЭПМЭ, проводится анализ существующих видов конструкций ПЭПМЭ, проводится анализ

I 1 I ' ' I 1 1 ' пьезоэлектрических материалов.

Во второй главе представлены математические модели ПЭПМЭ при ударном воздействии, гармонической вибрации, случайной вибрации.

В третьей главе на основании разработанных математических моделей разрабатываются блок-схемы автоматизированного проектирования пьезоэлектрического преобразователя энергии.

В четвертой главе производится сравнение разработанной системы с АшуБ.

Заключение диссертация на тему "Подсистема автоматизированного проектирования пьезоэлектрических преобразователей энергии для малопотребляющих электронных средств"

4.5 Выводы по четвертой главе

В четвертой главе проведены исследования по сравнению результатов разработанной программы в среде МайаЬ с результатами расчета программного комплекса конечно-элементных расчетов АпвуБ. Составлена сводная таблица сравнительного анализа, в которой представлены значения относительных погрешностей. Проведенное исследование показало, что полученные математические модели, используемые в разработанной программе адекватны. Проведено исследования проектирования топологии электродов, которое показало,- -что-математическая модель топологии электродов дает преимущество по сравнению с применяющимися разработками. Показана возможность применения разработанной программы для проектирования реальных устройств.

111

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты диссертационной работы:

1. Разработаны математические модели ПЭПМЭ, позволяющие определить геометрические размеры и основные требования к конструкции ПЭПМЭ в зависимости от места их установки и вида подвижного объекта при ударных воздействиях, при гармонической вибрации, при случайной вибрации;

2. Разработана математическая модель новой топологии электродов ПЭПМЭ, позволяющая использовать^, ПЭПМЭ в виде пластины при возникновении второй и последующих собственных частот ПЭПМЭ, а так же при случайной вибрации;

3. На базе полученной математической модели синтезированы алгоритмы работы подсистемы САПР, обеспечивающей процесс автоматизированного проектирования ПЭПМЭ в зависимости от источников механического возбуждения: ударных воздействий, гармонической вибрации, случайной вибрации;

4. На базе ММ новой топологии электродов синтезирован алгоритм работы части подсистемы • САПР,- в которой рассчитывается топология электродов;

5. На основе проведенных исследований разработана подсистема САПР ПЭПМЭ;

6. Разработанная подсистема САПР позволяет сократить время создания и ввода в эксплуатацию ПЭПМЭ:'

Разработанная подсистема САПР, алгоритмы и математические модели использованы в НИР «Исследование специализированных приборов для индикации высокого уровня вибраций», в рамках ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России!' на 2009 - 2013 годы, а так же внедрены в проектно-конструкторскую деятельность ЗАО «НПО «Измерительные системы» в г. Коврове.

Библиография Осин, Алексей Викторович, диссертация по теме Системы автоматизации проектирования (по отраслям)

1. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики / Под ред. В.М. Шарапова. Москва: Техносфера, 2006. - 632 с.

2. Energy Harvesting Technologies, Shashank Priya; Daniel. Inman (Eds.) / Springer, 2008

3. Priya, S Modeling of electric energy harvesting using piezoelectric windmill. Appl. Phys. Lett. 2005

4. Priya, S Advances in energy harvesting using low profile piezoelectric transducers. J. Electroceram. 2007

5. Priya, S, Popa, D, and Lewis, F Energy efficient mobile wireless sensor network. ASME Congress 2006, Nov. 5-10, Chicago, Illinois. 2006

6. Roundy, S and Wright, PK A piezoelectric vibration based generator for wireless electronics. Smart Mater. Struct. 13. 2004

7. Roundy, S, Wright, PK, and Rabaey, J A study of low level vibrations as a power source for wireless sensor nodes. Comput. Commun. 26. 2003

8. Вибрация в технике: Справ, в 6 т. / Ред. Совет: В.Н. Челомей (пред.), -М.: Машиностроение, 1978-1981v

9. Кондратов В.Е. MATLAB как система программирования научно-технических расчетов Текст. / В. Е. Кондратов, С. Б. Королев. М. : Мир, 2002. - 350 с.: ил.; 21 см. - ISBN 5-03-003457-7

10. Presentation Vibration energy scavenging. Marcin Marzencki, TIMA Laboratory. Leuven, 17 November 2005.

11. Уорден К. Мир материалов и технологий. М.: Техносфера 2006. -ISBN 5-94836-065-2.

12. Sungwan Kim Low power energy harvesting with piezoelectric generarors. 2002

13. F Glynne-Jones, S. P. Beeby and N. M. Write Towards a piezoelectric vibration-powered microgenerator. IEE Pim-Sri. Meus. Trchnol. Vol. 148. No. 2. Mrirch 2001

14. Y.Ammar, S.Basrour, B.Charlot, and M.Marzencki Micro power sources for autonomous Wireless microsystems. TIMA Laboratory MNS Group 2005

15. Moncef Benjamin. Tayahi and Bruce Johnson Piezoelectric Generator for Powering Remote Sensing Networks, 1996

16. Адлер Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.В. Адлер. М.: Наука. 1976.Андреева JI.E. Упругие элементы приборовМ.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1962 — 462 с.

17. Кузнецов М. И. Основы электротехники. Учебное пособие. Изд. 10-е, перераб. «Высшая школа», 1970.

18. Качанов Л. М. Основы Теории пластичности / Под ред. B.JI. Добровольский. Москва: Наука, .1969.--420 с.

19. Физика сегнетоэлектрических явлений / Под ред. Г. А. Смоленского. М.: Наука, 1985.

20. Пьезоэлектрическое приборостроение: сборник в 3 томах. Т. 3. Богуш М.В. Пьезоэлектрические датчики для экстремальных условий эксплуатации. Ростов-на-Дону. Издательство СКНЦ ВШ, 2006.

21. Богуш М.В. Оценка механической надежности чувствительных элементов пьезоэлектрических датчиков на основе пространственной модели напряженного со-стояния//Датчики и системы 2008.

22. Киселев В. А. Расчет пластин. - М.: Стройиздат, 1973.

23. Огибалов П. М. Оболочки и пластины: учебное пособие для механико-математических факультетов университетовИзд-во МГУ, 1969 г.

24. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезокерамические преобразователи физических величин // Под ред. В.М.Шарапова. Черкассы: ЧГТУ, 2005. - 631 с.

25. Трофимов А.И. Пьезокерамические преобразователи статических нагрузок / А.И. Трофимов М.: Машиностроение, 1979. - 95 с.

26. Шульга H.A. Колебания пьезоэлектрических тел / H.A. Шульга, A.M. Болкисев К.: Наук, думка, 1990. - 228 с.

27. Аронов Б.С. Электромеханические преобразователи из пьезоэлектрической керамики. — JL: Энергоатомиздат. Ленинградское отд-ние, 1990.-272 с: ил.

28. Писаренко Г.Г. Прочность пьезокерамики,-Киев: Наукова думка,1987.

29. Преобразователь кинетической энергии транспортных средств в электрическую: заявка на изобретение .№ 95102501/28 МПК G01L1/18. - № 95102501/28; заявитель: Клюев Ю.В., авторы: Клюев Ю.В.; заявл. 17.02.1995

30. Опубл. 20.11.1996. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам РФ.

31. Случайные колебания / Под ред. С.Кренделла. Пер. с англ. М.: Мир, 1967.-356 с. • —: ¡\ . •: ь- г* ■ '

32. Ивченко В.Г. Конструирование и технология ЭВМ. Конспект лекций. /Таганрог: ТГРУ, Кафедра конструирования электронных средств. -2001.

33. Потемкин В.Г. Matlab 5 для студентов. М.: ДИАЛОГ-МИФИ,1998.

34. Поршнев С.В. MATLAB 7. Основы работы и программирования. Учебник. ISBN: 5-9518-0137-0. Изд.: Бином. Лаборатория знаний 2006. -320 с.

35. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. -М.: Мир, 1975.-318 с.

36. Справочник по применению системы PC MatLAB Текст. / В. П. Дьяконов. М. : Физ.-мат.лит., 1993 - .Справочник по применению системы PC MatLAB / В. П. Дьяконов. - М. : Физматлит, 1993. - 112 с. : ил. ; 20. -(Работа с ПК ; вып. 2). - ISBN 5-02-015101-7

37. Lee, СК Theory of laminated piezoelectric plates for the design of distributed sensors/actuators, Part I and Part II. J. Acoust. Soc. Am. 1990

38. Sodano, H, Inman, DJ and Park, G A review of power harvesting from vibration using piezoelectric material. Shock Vib. Digest. 36 2004

39. Allen, J.J. and Smits. A.J. Energy harvesting Eel, Journal of Fluids and Structures 15. 2001

40. Anton, S.R. and Sodano, H.A. A review of power harvesting using piezoelectric materials, Smart materials and structures 16, 2007

41. Elvin, N., Elvin, A. and Choi, D.H. A self-powered damage detection sensor, Journal of strain analysis 38. 2003

42. ГОСТ 16019-2001. . Аппаратура, сухопутной подвижной радиосвязи. Требования по стойкости к воздействию механических и климатических факторов и методы испытаний. — Введ. 2004—01—07. — М. : Изд-во стандартов, 2004.

43. Осин A.B. Синергия наноэффектов на примере автономного индикатора вибрации / Труды Владимирского государственного университета. Выпуск 7. Физико-математические основы индустрии наносистем и материалов —Владимир. -2010.

44. Пьезоэлектрические материалы и преобразователи Сборник статей под редакцией О.П. Крамарова. Вып. -7.- Издательство Ростовского университета. 1988

45. Корнишин М.С., Исанбаева Ф.С. Гибкие пластины и панели. М.: Наука 1968

46. Желудев И.С., Электрические кристаллы М.: Наука, 1979

47. Огибалов, Петр Матвеевич Изгиб, устойчивость и колебания пластинок. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1958.

48. Филиппов И.Г., Чебан В.Г. Математическая теория колебаний упругих и вязкоупругих пластин и стержней.- Кишинев: "Штиинца", 1988.190 с.

49. Засухина O.A., Аналитические и численные методы расчета тонких пластин на изгиб: Учеб.пособие для студентов инж.-строит.фак-та -1994

50. Вайнберг Д.В., Справочник по прочности, устойчивости и колебаниям пластин. Киев Изд. Будивельнйк, 1973

51. Амбарцумян С.А. Теория анизотропных пластин (прочность, устойчивость и колебания). М.: Наука, 1967. 266х.

52. Пановко Я. Г., Введение в теорию механических колебаний -Учебное пособие. Ленинград, изд. Наука, 1989г.

53. Самарский А. А. Численные методы / А. А. Самарский, Ф. В. Гулин. -М.: Наука, 1988.

54. Иглин С. П. Математические расчеты на базе MATLAB (+ CD-ROM) Серия: Учебное пособие Издательство: БХВ-Петербург, 2005 г.

55. Chen, QX and Payne, DA Industrial applications of piezoelectric polymer transducers. Meas. Sci. Technol. 1995

56. Erturk, A and Inman, DJ Mechanical considerations for modeling of vibration-based energy harvester. Proc. IDECT/CIE 2007

57. Lee, CK and Moon, FC Modal sensors/actuators. Trans. ASME, J. Appl. Mech. 1990. •• .

58. Elvin, N., Elvin, A. and Spector M. A self-powered mechanical strain energy sensor, Smart materials and structures 10, 2001

59. Johnson, T.J. and Clark, W.W. Harvesting energy from piezoelectric material, IEEE Pervasive Computing 4. 2005

60. Liu, W.Q., Feng, Z.H., He, J. and Liu, R.B. Maximum mechanical energy harvesting strategy for piezoelement, Smart materials and structures 16,2007 ■ t! >• ' i ' '

61. Mateu, L. and Moll. F. Optimum piezoelectric bending beam structures for energy harvesting using shoe inserts, Journal of intelligent material systems and structures. 16. 2005

62. Ngo, K. D., Phips, A, Nishida, Т., Lin, J. and Xu, S. Power converters for piezoelectric energy extraction, Proceedings of 2006 ASME International mechanical engineering congress and exposition, pp. 2006

63. Механические воздействия и защита электронной аппаратуры: Учеб. пособие: В 3 ч. Ч. 1 / Владим. гос. ун-т. Владимир, 2004. 128 с. ISBN 589368-514-8

64. Талицкий Е.Н. Механические воздействия и защита электронной аппаратуры: учеб пособие: в 3 ч. Ч. 2. Ред.-издат. Комплекс ВлГУ, 2005- 124 с.

65. Талицкий, Е.Н. Механические воздействия и защита электронной аппаратуры: учеб. пособие: В 3 ч. Ч. 3. / Е.Н. Талицкий; Владим. гос. ун-т. — Владимир: Изд-во ВлГУ, 2006г. 115 с

66. Талицкий Е.Н. Расчет вибро-, ударопрочности и устойчивости конструкций электронных средств: Учеб. пособие / Владим. гос. ун-т. Владимир, 1998. 56 с. ISBN 5-89368-092-8

67. Sodano, Н.А., Inman, DJ. and Park, G. Generation and storage of electricity from power harvesting devices, Journal of intelligent material systems and structures. 16. 2005

68. Umada, M., Nakamura, K: andUeha, S. Energy storage characteristics of a piezo-generator using impact induced vibration, Japeneses Journal of Applied Physics 36. 1997

69. Goldfarb, M., Jones, L.D. On the Efficiency of Electric Power Generation with Piezoelectric Ceramic, To appear in the ASME Journal of Dynamic System, Measurement, and Control, Version: May 6, 1999

70. Glynne-Jones P Vibration powered generators for self-powered Microsystems, PhD Thesis, University of Southampton. 2001

71. Etruct A, Inman D On mechanical modeling of cantilevered piezoelectric vibration energy.harvesters^-Journal of intelligent material systems and structures, (to appear). 2008

72. Etruct and D.J. Inman, Issues in mathematical modeling of piezoelectric energy harvesters, Smart Mater. Struct. 2008

73. G. K. Ottman, "Adaptive Piezoelectric Energy Harvesting Circuit for Wireless Remote Power Supply," IEEE Trans! on Power Electronics, Vol. 17, No. 5. 2002.

74. Soderkvist, J. Dynamic behaviour of ¡a piezoelectric beam, J.Acoust. Soc. Am, 1991, 90, (2, Pt. 1), pp. 686491

75. Amirtharajah, R., and Chandrakasan, A.P. Self-powered signal processing using vibration-based power generation, IEEE J. Solid-State Circuits, 33.1998.

76. Chao-Nan Xu, Morito Akiyama, Kazuhiro Nonaka, and Tadahiko Watanabe, Electrical Power Generation Characteristics of PZT Piezoelectric Ceramics, IEEE Trans. Ultrason.,Vol.,45, No.4. 1998

77. Zelenka, J., Piezoelectric resonators and their applications, New York, Elsevier, 1986.

78. Schmidt, V.H., Piezoelectric Energy Conversion in Windmills, Ultrasonics symposium, 1992

79. Лавриненко B.B. Пьезокерамические трансформаторы / B.B. Лавриненко — М.: «Энергия», 1975. — 112 с.

80. Карпушин В.Б. Виброшумы радиоаппаратуры / В. Б. Карпушин -М.: Сов. Радио, 1977. —320 С. . : : l' h.^k ; ; .

81. Разработка САПР. В 10 кн. Кн. 3. Проектирование программного обеспечения САПР: Практ. пособие/ Б.С. Федоров, Н.Б. Гуляев; Под ред. А.В. Петрова. М.: Высш. шк., 1990. - 159 е., ил.

82. Курейчик В.М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР: Учеб. для вузов. -М.: Радио и связь, 1990. 352 е., ил.

83. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР: Учеб. для вузов по спец.: "Вычислительные маш., компл., сист., и сети". -М.: Высш. шк., 1990.-335 е., ил.

84. ANSYS Release 10.0 ,Documentation.

85. Басов К.A. ANSYS в примерах и задачах/ Под общ. Ред. Д.Г.Красковского.- М.: КомпьтерПресс,т 2002.-224с. :ил.

86. Вибрация. Термины и определения: ГОСТ 24346-80. М.: Изд-во стандартов, 1980.-31 е.: •.: - . ■

87. Хусаинов Н.Ш. Руководство к набору лабораторных работ "Кодирование изображений с использованием пакета МАТЪАВ" по дисциплине "Теория кодирования информации".— Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2008. 60с.

88. Писаренко Г.С. Справочник по сопротивлению материалов / Г.С. Писаренко, А.П., Яковлев, В.В. Матвеев. Киев: Наук. Думка, 1988.

89. Норенков И.П. разработка систем автоматизированного проектирования / И.П. Норенков. М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана. -1994.