CN111130390A - 一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法及装置 - Google Patents

一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111130390A
CN111130390A CN201911287405.7A CN201911287405A CN111130390A CN 111130390 A CN111130390 A CN 111130390A CN 201911287405 A CN201911287405 A CN 201911287405A CN 111130390 A CN111130390 A CN 111130390A
Authority
CN
China
Prior art keywords
physical signal
thermal radiation
power
power supply
processing module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911287405.7A
Other languages
English (en)
Inventor
郑光华
黄雪峰
李盛姬
罗丹
徐江荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Dianzi University
Original Assignee
Hangzhou Dianzi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Dianzi University filed Critical Hangzhou Dianzi University
Priority to CN201911287405.7A priority Critical patent/CN111130390A/zh
Publication of CN111130390A publication Critical patent/CN111130390A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N3/00—Generators in which thermal or kinetic energy is converted into electrical energy by ionisation of a fluid and removal of the charge therefrom
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法及装置。热辐射电池N型薄膜区在高温下会产生导带自由载流子，经辐射复合跃迁至N型薄膜的价带，并经热激发作用输运至热辐射电池P型基底区的价带，后经负载返回至N型薄膜区。电源控制模块调节热辐射电池的电力输出，以匹配物理信号采集处理模块和数据收发模块的电力需求。当数据收发模块接收到用户端的信息获取指令后，便能启动物理信号采集处理模块进行系统物理参数的监测，并以无线传输的方式发送回用户端。本发明结合热辐射发电技术与物联网传感技术，能够有效避免因输电线路而带来的安装成本高和维护难度大，更易实现高效的转换效率，实现传感设备电力的自供给。

Description

一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法及装置
技术领域
本发明涉及物联网电力供给领域，特别设计一种热辐射发电自供给的系统参数监测的方法及装置。
背景技术
物联网技术是一种基于互联网模式，利用各种传感设备，实时监控采集系统过程或物体的信息，从而实现物与物之间的无线互通。在对系统物理参量进行监控与管理的过程中，控制模块、采集模块和数据收发模块等均需一定的电力供给，而目前主流的电力供应方式为电网输送。但是，传统的输电网络结构较为复杂，遇到自然灾害导致电力输送系统发生故障时，会使物联网中的监测设备瘫痪，维修耗时耗力，将给社会经济发展产生不小的影响。
另外，多数环境较为苛刻的偏远地区尚无输电网络覆盖，较常用的能源供应替代技术便是光伏+电池。然而，光伏易受光照条件的影响，且电池的储能密度有待增加、成本有待降低。特别对于工况温度较高的使用环境，光伏+电池技术将不再适用，一种较适合的替代技术便是热能转换成电能的温差发电技术。但该技术受限于热电材料的热导率，其转换效率较低，应用前景受到一定的限制。
发明内容
本发明为了解决物联网中传感器需稳定、高效供应电力的问题，提出一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法与装置，利用热载流子的辐射复合与热激发效应，稳定提供电力供应，该装置更为便捷，易于达到更高的热电转换效率，适用于具有一定热源的应用领域。
本发明的具体技术方案如下：
一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法，热辐射电池N型薄膜区在高温下会产生导带自由载流子，经辐射复合跃迁至N型薄膜的价带，并经热激发作用输运至热辐射电池P型基底区的价带，最终经负载返回至N型薄膜区；电源控制模块调节热辐射电池的电力输出，以动态匹配物理信号采集处理模块和数据收发模块的电力需求；所述的物理信号采集处理模块能够实时采集物理信号传感探头的电信号，并换算出对应的参数值。
作为优选，所述的热辐射电池P区薄膜镀有P区引出电极，N区基底镀有N区引出电极，金属电极层与半导体层形成欧姆接触，电子通过电极和引线实现回路发电。
作为优选，所述的数据收发模块接收用户终端发来的信号并启动信号采集功能，以获取物理信号采集处理模块中的物理参量数据，最终以无线传输方式发送回用户端。
一种基于热辐射自供电的物理信号监测装置，包括热辐射电池P型基底、N型薄膜、P区引出电极、N区引出电极、物理信号传感探头、电源控制模块、物理信号采集处理模块、数据收发模块和引线；所述的热辐射电池P型基底镀有P区引出电极，N型薄膜镀有N区引出电极，金属电极层与半导体层形成欧姆接触，P区引出电极通过引线电源控制模块一个电源输入端连接，N区引出电极通过引线电源控制模块另一个电源输入端连接，电源控制模块的电力控制输出端接物理信号采集处理模块、数据收发模块；传感探头与物理信号采集处理模块物理信号接收端连接，物理信号采集处理模块与数据收发模块信号连接。
作为优选，所述的热辐射电池的P型基底和N型薄膜均为低禁带宽度半导体，如锑化铟等，在N型薄膜表面可生长表面等离激元阵列结构，以增强辐射复合，增大N区价带电子浓度。
作为优选，所述的物理信号传感探头为温度传感探头、压力传感探头或流量传感探头。
作为优选，所述的电源控制模块控制热辐射发电器件的电力输出，用于瞬态调控系统处于闲时和忙时所需的不同电力。
作为优选，所述的物理信号采集处理模块由数据收发模块控制，当数据收发模块接收到用户端的信息获取指令后，便能启动物理信号采集处理模块进行系统物理参数的监测。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、利用环境能源发电以实现物联网设备的电力供应，能够有效避免因输电线路而带来的安装成本高和维护难度大，实现电力的自供给。
2、相较于其他能源，热能较为稳定，采用热电发电方式能够有效降低能量供给的瞬态变化对电子设备的冲击影响。
3、热辐射发电采用光子的辐射复合实现热能至电能的转换，相较于受限于材料热导率特性的温差发电技术，热辐射发电技术更易实现高效的转换效率，装置更为便捷。
附图说明
图1是基于热辐射自供电的物理信号监测系统示意图。
图2是表面等离激元增强光子发射的热辐射电池结构图。
图3是基于热辐射自供电的储热装置温度监测系统结构图。
图4是基于热辐射自供电的地热环境温度监测系统结构图。
图中：热辐射电池P型基底1、热辐射电池N型薄膜2、电池P区引出电极3、电池N区引出电极4、物理信号传感探头5、电源控制模块6、物理信号采集处理模块7、数据收发模块8、引线9、储热工质10、储热罐11、电绝缘导热板12、换热器13、工质管道14、液压泵15、阵列微结构16。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明将热辐射发电技术、物联网参量监测与控制技术结合起来，能够实现物联网所需电能的自供给，避免因输电线路而带来的安装成本高和维护难度大的问题，有效降低能量供给的瞬态变化对电子设备的冲击影响，装置更为便捷，更易实现高效的转换效率。
实施例1
如图1、图2所示，一种适用于储热环境的基于热辐射自供电的物理信号监测装置，包括热辐射电池P型基底1、N型薄膜2、P区引出电极3、N区引出电极4、物理信号传感探头5、电源控制模块6、物理信号采集处理模块7、数据收发模块8和引线9；所述的热辐射电池P型基底1镀有P区引出电极3，N型薄膜2镀有N区引出电极4，金属电极层与半导体层形成欧姆接触，P区引出电极3通过引线9电源控制模块6一个电源输入端连接，N区引出电极4通过引线9电源控制模块6另一个电源输入端连接，电源控制模块6的电力控制输出端接物理信号采集处理模块7、数据收发模块8；传感探头5与物理信号采集处理模块7物理信号接收端连接，物理信号采集处理模块7与数据收发模块8信号连接。热辐射电池N型薄膜区在高温下会产生导带自由载流子，经辐射复合跃迁至N型薄膜的价带，并经热激发作用输运至热辐射电池P型基底区的价带，最终经负载返回至N型薄膜区，实现将热能转换为电能，供给并动态匹配物理信号监测单元所需电力。物理信号采集处理模块7由数据收发模块8控制，当数据收发模块8接收到用户端的信息获取指令后，便能启动物理信号采集处理模块7进行系统物理参数的监测，并以无线传输的方式发送回用户端。其间，物理信号采集处理模块能够实时采集物理信号传感探头5的电信号，并换算出对应的参数值。此过程电力需求的变化由电源控制模块进行实时瞬态调节。热辐射电池的P型基底和N型薄膜均为低禁带宽度半导体，如锑化铟等。在本实施例中，在N型薄膜表面可生长表面等离激元阵列结构，以增强辐射复合，增大N区价带电子浓度，如图2所示。在本实施例中，物理信号传感探头为热电偶或热敏电阻等温度传感器件，依据测量热源的温度不同而选取不同的测温探头。热辐射发电器件和测温探头紧贴于高压储热罐壁面，其与储热罐之间采用电绝缘的高导热性材料(如氮化铝)隔绝，如图3所示。热辐射发电器件吸收储热罐的热量，通过光子辐射复合和电子热激发效应，将热能转变为电能，并通过电源控制器的调节，输送至温度信号采集模块。
实施例2
如图4所示，一种应用于地热环境中的热辐射发电的环境温度监测自供能装置，其特征在于包括热辐射电池P型基底1、热辐射电池N型薄膜2、电池P区引出电极3、电池N区引出电极4、物理信号传感探头5、物理信号采集处理模块7、换热器13、工质管道14、液压泵15。
热辐射发电和环境温度监测与控制过程与实施例1中所述相同，不再叙述，该实施例主要说明基于热辐射效应的地热发电过程。循环工质(如水蒸汽)通过工质管道14注入至地热岩体中，经液压泵15的作用，被输送至换热器入口端。换热器13中管道采用螺旋式布置。同时，多个热辐射发电器件以串并联方式连接，并紧贴于换热器13壁表面，之间采用电绝缘的高导热性材料(如氮化铝陶瓷等)隔绝。热辐射发电器件吸收水蒸汽工质的热量后，经热辐射效应可转变为电能，通过电源控制器的调节，部分输出电能可供给物联网传感器所需的电力。

Claims (8)

1.一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法，其特征在于：热辐射电池N型薄膜区(2)在高温下会产生导带自由载流子，经辐射复合跃迁至N型薄膜的价带，并经热激发作用输运至热辐射电池P型基底区(1)的价带，最终经负载返回至N型薄膜区(2)；电源控制模块(6)调节热辐射电池的电力输出，以动态匹配物理信号采集处理模块(7)和数据收发模块(8)的电力需求；所述的物理信号采集处理模块(7)能够实时采集物理信号传感探头(5)的电信号，并换算出对应的参数值。
2.根据权利要求1所述的一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法，其特征在于：所述的热辐射电池P区薄膜镀有P区引出电极(3)，N区基底镀有N区引出电极(4)，金属电极层与半导体层形成欧姆接触，电子通过电极和引线实现回路发电。
3.根据权利要求1所述的一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法，其特征在于：所述的数据收发模块(8)接收用户终端发来的信号并启动信号采集功能，以获取物理信号采集处理模块(7)中的物理参量数据，最终以无线传输方式发送回用户端。
4.一种基于热辐射自供电的物理信号监测装置，其特征在于：包括热辐射电池P型基底(1)、N型薄膜(2)、P区引出电极(3)、N区引出电极(4)、物理信号传感探头(5)、电源控制模块(6)、物理信号采集处理模块(7)、数据收发模块(8)和引线(9)；所述的热辐射电池P型基底(1)镀有P区引出电极(3)，N型薄膜(2)镀有N区引出电极(4)，金属电极层与半导体层形成欧姆接触，P区引出电极(3)通过引线(9)电源控制模块(6)一个电源输入端连接，N区引出电极(4)通过引线(9)电源控制模块(6)另一个电源输入端连接，电源控制模块(6)的电力控制输出端接物理信号采集处理模块(7)、数据收发模块(8)；传感探头(5)与物理信号采集处理模块(7)物理信号接收端连接，物理信号采集处理模块(7)与数据收发模块(8)信号连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于热辐射自供电的物理信号监测装置，其特征在于：所述的热辐射电池的P型基底(1)和N型薄膜(2)均为低禁带宽度半导体，在N型薄膜(2)表面可生长表面等离激元阵列结构(16)，以增强辐射复合，增大N区价带电子浓度。
6.根据权利要求4所述的一种基于热辐射自供电的物理信号监测装置，其特征在于：所述的物理信号传感探头(5)为温度传感探头、压力传感探头或流量传感探头。
7.根据权利要求4所述的一种基于热辐射自供电的物理信号监测装置，其特征在于：所述的电源控制模块(6)控制热辐射发电器件的电力输出，用于瞬态调控系统处于闲时和忙时所需的不同电力。
8.根据权利要求4所述的一种基于热辐射自供电的物理信号监测装置，其特征在于：所述的物理信号采集处理模块(7)由数据收发模块(8)控制，当数据收发模块(8)接收到用户端的信息获取指令后，便能启动物理信号采集处理模块(7)进行系统物理参数的监测。
CN201911287405.7A 2019-12-14 2019-12-14 一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法及装置 Pending CN111130390A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911287405.7A CN111130390A (zh) 2019-12-14 2019-12-14 一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911287405.7A CN111130390A (zh) 2019-12-14 2019-12-14 一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法及装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111130390A true CN111130390A (zh) 2020-05-08

Family

ID=70498857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911287405.7A Pending CN111130390A (zh) 2019-12-14 2019-12-14 一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111130390A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090250091A1 (en) * 2008-04-08 2009-10-08 James Ping Huang Device and method for generating electrical power
CN106768366A (zh) * 2017-01-12 2017-05-31 杭州电子科技大学 一种利用微型光谱仪测量高温的方法及装置
CN107534306A (zh) * 2015-06-18 2018-01-02 索尼公司 电子设备、信息处理系统和信息处理方法
CN207612209U (zh) * 2017-12-22 2018-07-13 浙江大学 表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置
CN208352993U (zh) * 2018-02-13 2019-01-08 中国地质科学院 供电装置和地震台

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090250091A1 (en) * 2008-04-08 2009-10-08 James Ping Huang Device and method for generating electrical power
CN107534306A (zh) * 2015-06-18 2018-01-02 索尼公司 电子设备、信息处理系统和信息处理方法
CN106768366A (zh) * 2017-01-12 2017-05-31 杭州电子科技大学 一种利用微型光谱仪测量高温的方法及装置
CN207612209U (zh) * 2017-12-22 2018-07-13 浙江大学 表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置
CN208352993U (zh) * 2018-02-13 2019-01-08 中国地质科学院 供电装置和地震台

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIN ZHANG: "Design of an InSb thermoradiative system for", 《OPTICS LETTERS》 *
郑光华: "太阳能热电子发电的实验与理论基础研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wehbi et al. Hybrid thermoelectric generators-renewable energy systems: A short review on recent developments
CN102739115A (zh) 一种利用建筑物内外环境温差的发电系统
CN203071070U (zh) 一种太阳电池-温差电池的复合电源
CN102486494B (zh) 热电电耗检测系统及方法
CN110429866A (zh) 一种浅表地热温差发电装置
CN1515066B (zh) 热电效应装置、能量直接转换系统、能量转换系统
CN205070938U (zh) 基于太阳能电池板的温差发电系统
CN204558490U (zh) 一种可实现降温及温差发电的太阳能电池组件装置
CN101562415A (zh) 发电装置
CN111130390A (zh) 一种基于热辐射自供电的物理信号监测方法及装置
CN208226900U (zh) 一种温差发电装置
CN109724269B (zh) 太阳能全光谱热电联供系统及储能配置方法
CN207265723U (zh) 一种发电装置和自发电式剃须刀
CN105227132A (zh) 基于太阳能电池板的温差发电系统
Ngwashi et al. Performance enhancement of photovoltaic systems by semi-passive water cooling
CN110995060B (zh) 一种基于电子发射的热发电与热储能复用的方法与装置
CN210246633U (zh) 一种温差发电装置
CN101951196A (zh) 一种太阳能光伏-热电一体化装置
CN202560356U (zh) 一种提高燃油利用率的汽车尾气废热发电系统
CN110661452A (zh) 一种温差发电装置及其发电方法
CN105553387A (zh) 太阳能发电装置
JP2003092433A (ja) 熱電効果装置，エネルギー直接変換システム，エネルギー変換システム
CN201414096Y (zh) 发电装置
CN108417705A (zh) 一种有机无机复合材料热电发电装置
CN204329228U (zh) 一种能够独立运行的离网型光伏空调

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200508