一個現(xiàn)實世界的例子：“飛機健康狀況監(jiān)視”

今天，大型機群的結(jié)構(gòu)性疲勞是一個現(xiàn)實問題，因為如果忽視該問題，就可能導致災難性后果。目前，飛機結(jié)構(gòu)狀況是通過多種檢查方法來監(jiān)視的，如通過改進的結(jié)構(gòu)化分析和跟蹤方法，通過采用評估結(jié)構(gòu)完整性的創(chuàng)新理念 … 等等。這些方法有時又統(tǒng)稱為“飛機健康狀況監(jiān)視”方法。在飛機健康狀況監(jiān)視過程中，采用了傳感器、人工智能和先進的分析方法以實時進行連續(xù)的健康狀況評估。

聲發(fā)射檢測是定位和監(jiān)視金屬結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫的領先方法。這種方法可以方便地用來診斷合成型飛機結(jié)構(gòu)的損壞。一個顯然的要求是，以簡單的“通過”、“未通過”形式指示結(jié)構(gòu)完整性，或者立即采取維修行動。這種檢測方法使用由壓電芯片構(gòu)成的扁平檢測傳感器和光傳感器，壓電芯片由聚合物薄膜密封。傳感器牢固地安裝到結(jié)構(gòu)體表面，通過三角定位能夠定位裝載了傳感器的結(jié)構(gòu)體的聲活動。然后用儀器捕捉傳感器數(shù)據(jù)，并以適合于窄帶存儲和傳送的形式用參數(shù)表示這些數(shù)據(jù)。

因此，無線傳感器模塊常常嵌入到飛機的各種不同部分，例如機翼或機身，以進行結(jié)構(gòu)分析，不過為這些傳感器供電可能很復雜。因此，如果以無線方式供電或者甚至自助供電，那么這些傳感器模塊就可以更方便地使用，效率也更高。在飛機環(huán)境中，存在很多“免費”能源，可用來給這類傳感器供電。兩種顯然和可以方便地利用的方法是熱能收集和/或壓電能收集。

在典型的飛機發(fā)動機情況下，其溫度可能在幾百 oC 到 1，000oC 甚至 2，000oC的范圍內(nèi)變化。盡管這種能量大多數(shù)都以機械能 （燃燒和發(fā)動機推力） 的形式損失了，但是仍然有一部分是純粹以熱量形式消耗的。既然席貝克效應是將熱量轉(zhuǎn)換成電功率的根本熱力學現(xiàn)象，那么要考慮的主要方程是：

P = ηQ

其中 P 是電功率，Q 是熱量，η 是效率。

較大的熱電發(fā)生器 （TEG） 使用更多熱量 （Q），產(chǎn)生更多功率 （P）。類似地，使用數(shù)量為兩倍的功率轉(zhuǎn)換器自然產(chǎn)生兩倍的功率，因為它們可以獲取兩倍的熱量。較大的熱電發(fā)生器通過串聯(lián)更多的 P-N 節(jié)形成，不過，盡管這樣可以在溫度變化時產(chǎn)生更大的電壓 （mV/dT），但是也增大了熱電發(fā)生器的串聯(lián)電阻。這種串聯(lián)電阻的增大限制了可提供給負載的功率。因此，視應用需求的不同而有所不同，有時使用較小的并聯(lián)熱電發(fā)生器而不是使用較大的熱電發(fā)生器會更好。不管選擇哪一種熱電發(fā)生器，都有很多廠商提供商用熱電發(fā)生器產(chǎn)品。