能量俘获新范式磁能传感自供电未来式

 储昭强教授自2016年起便投身于振动和磁场能量收集技术的研究工作。在过去的七年中，他始终专注于传统悬臂梁谐振结构的材料选择与器件设计，开发出一种创新的能量收集器，其核心是由一端固定、另一端附有磁性质量块（磁铁）的悬臂梁结构。这类结构的工作原理是，磁性质量块既作为驱动扭矩的源头，也贡献了系统超过90%的等效质量，使谐振频率得以固定，从而实现特定频段的能量采集。

 然而，这种悬臂梁式设计在实际应用中存在一定局限性。要在保持50赫兹（Hz）谐振频率的情况下增强磁—力耦合性能，单纯通过增加自由端磁铁的质量变得困难。这意味着，大部分悬臂梁结构目前都局限于在较强磁场条件下工作，比如超过5奥斯特（Oe）的磁场，但公众环境中一般交变磁场强度只有10 Oe以下。世界卫生组织指出，50/60Hz交流磁场的安全阈值为10 Oe左右，而环境中杂散磁场的强度通常更低。这就提出一个迫切需求：如何设计在弱磁场条件下依然高效工作的能量收集器。

 为了突破这一瓶颈，储昭强在“降低自由端磁性质量块的等效质量”这一思路上展开了创新性探索。他提出了两端都被夹持的梁式设计方案，从而实现一种二阶振动模式。相比传统悬臂梁，这种设计可以有效减少磁性质量块的动能，使其对系统的等效质量贡献大幅降低。在相同的磁铁体积条件下，此方案大幅提高了在低场强（如50Hz弱磁环境）下的能量输出效率。

 实验验证显示，这种新型能量收集器在弱磁环境中的表现显著优于传统悬臂梁结构。在相同激励条件下，其输出的电能是传统结构的两倍以上，完全可以支持没有电池的传感器正常运行，并实现与手机终端的通信。这一突破意味着，将来可以在无需更换电池的情况下，使大规模物联网传感节点实现持续自供能，极大降低维护成本并推动绿色节能。

 教授储昭强强调：“在科研中，一个微小的设计创新往往能够带来质的飞跃。而这个创新的灵感，源于长时间的思考和深入研究。”他相信，精巧的结构设计往往是成就突破的关键。

未来方向：

 虽然目前这项技术已展现出良好的应用潜力，但仍存在一定的局限性。储昭强表示，将深度优化材料选择和几何参数，扩大其磁场适应范围，同时实现器件的微型化与集成化，为制造体积更小、性能更优的自供能磁场传感器打下坚实基础。这些技术将为智能电网中的输电线状态监测、故障诊断等提供坚实的技术支持。

 此外，团队还计划结合哈尔滨工程大学在船舶和海洋技术方面的深厚底蕴，开展水下仿生平台的无线能量供给研究，如水下机器人和无人潜航器等。利用超声和磁场的结合，有望解决这些小型水下平台的能源获取和输送难题，实现持续自主的能源供应。

 哈尔滨工程大学水声学院与“海洋磁传感器和探测”团队，自2017年成立以来，专注于水下目标多传感信息的感知和探测技术的研发。团队在基础磁材料、磁传感器、水下信息感知与处理等方面不断突破，为水下复杂环境中的目标识别、资源勘探、海底监测等提供关键技术支持。

总结：

 储昭强教授的科研工作充分体现了创新设计在微能量收集领域中的巨大潜力。通过巧妙的结构优化，不仅显著提升了弱磁环境中的能量采集效率，也为未来在水下仿生平台、智能微传感器等领域的广泛应用奠定了基础。未来，随着持续的技术优化，这一创新方案将在绿色能源利用、海洋探测和智慧城市等多个领域发挥积极作用，为实现低碳、智能、可持续发展的目标贡献力量。