There is growing evidence that piezoelectric energy harvesters (PEHs) not only generate electricity from vibration sources, but their voltage signals can also be utilized simultaneously to sense various contexts of interest. Little is known, however, about any potential trade-off between its energy harvesting and sensing performances within the design space of the PEH device. Lack of such knowledge prevents optimal design of dual-functional PEH devices that are expected to be used both as a power source and a sensing system. In this paper, using an extensive vibration dataset collected from a real-world cable-stayed bridge, we investigate the simultaneous energy harvesting and vehicle speed sensing performance of PEH devices with varying geometrical shapes. Our results reveal that both energy harvesting efficiency and sensing accuracy depend significantly on the shape of the PEH, and there exist configurations with more favourable harvesting and sensing performances. This finding is expected to open up new opportunities for jointly optimizing energy harvesting and sensing for various types of PEH devices and applications.


翻译:越来越多的证据表明,电压发电器不仅从振动源中发电,而且电压信号也可以同时用于感知各种感兴趣的环境。然而,对于其能源采集和感测在PEH装置设计空间内进行的任何潜在权衡,人们所知甚少。这种知识的缺乏阻碍了双功能PEH装置的最佳设计,而这种设备预期既用作电源又用作感测系统。在本文中,我们利用从现实世界的有线桥收集的广泛振动数据集,调查了不同几何形状的PEH装置同时进行能源采集和车辆快速感测的性能。我们的结果显示,能源采集效率和感测精度在很大程度上取决于PEH的形状,而且存在着更有利的收成和感测性能配置。这一发现有望为联合优化各类PEH装置和应用的能源采集和感测提供新的机会。

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