Energy harvesting from the surrounding environment has become a hot topic in research as an alternative powering solution. The concept deals with scavenging, as well as, harvesting energy from the surrounding energy sources. Harvesting vibrations, through Micro-Power Generators (MPGs) , has drawn a lot of attention recently due to the reduction in the power requirement of the current sensors and integrated ciruits, and the abundance of ambient vibrations in many environments. Vibration Micro-Power generators (VMPGs) use one of three transduction mechanisms: piezoelectric, electromagnetic or electrostatic. Although electrostatic MPGs are the most compatible mechanism with ICs technology, many challenges face their optimal operation including low efficiency due to power electronics switching losses, the need for pre-charge, and the inability to operate in vibration environments with low frequencies and amplitudes. The objective of this thesis is to develop novel electrostatic micro-power generators using switchless architecture to achieve low cost, small footprint, self-sustained and optimal power generation in different vibration environments including low frequencies and amplitudes. The first electrostatic MPG uses an out-of-plane capacitive transducer. The new generator is sensitive enough to extract output power at very low base excitations. It is designed to use ready-made electret as a charging source and is therefore portable and self-sustained. Moreover, the new MPG can be configured as a wideband MPG in its impact mode of operation. A bandwidth of up to 9 Hz has been realized in this mode of operation. An improved version of the MPG is also presented that produces almost 1mW output power at a base excitation amplitude and frequency of 0.08g (RMS) and 86 Hz. Two nonlinear models developed for the free-flight and impact modes of operation of the MPG are presented to allow future analysis and optimization of the system. The second electrostatic MPG uses a novel interdigitated in-plane parallel plate electrostatic transducer. The new implementation can achieve 78% more output power than the original cited implementation. The MPG is fabricated using MEMS surface micromachining. The MPG introduces a new beam suspension system in which the source voltage is unlimited by the pull-in instability and low MPG center frequency can be realized. The MPG uses charged silicon nitride as a charging source. The MPG produces 65 mV at a base acceleration amplitude and frequency of 2g and 1.1 kHz. The prototype achieves 27% less resonance frequency with only one eight the size of the previous implementation. A third electrostatic MPG architecture is introduced. The new architecture eliminates the need for restoring force elements (springs) in the MPG. The architecture can realize arbitrarily low MPG center frequency. It is suitable for both rectilinear and cylindrical structures and can be used with different vibration energy transduction methods. A prototype is fabricated and tested to demonstrate the feasibility of this architecture. The center frequency of the prototype is found to be 2 Hz demonstrating low frequency operation. The nonlinear behavior of switchless (continuous) electrostatic MPGs is further studied for optimal power operation. A consistent approximate analytical solution is developed to describe the nonlinear behavior of switchless comb-finger electrostatic MPGs. The method of multiple scales is used to develop such model. The model was found to be valid for MPGs operating under tight electromechanical coupling conditions and for moderately-large base excitations.

Energy harvesting from the surrounding environment has become a hot topic in research as an alternative powering solution. The concept deals with scavenging, as well as, harvesting energy from the surrounding energy sources. Harvesting vibrations, through Micro-Power Generators (MPGs) , has drawn a lot of attention recently due to the reduction in the power requirement of the current sensors and integrated ciruits, and the abundance of ambient vibrations in many environments. Vibration Micro-Power generators (VMPGs) use one of three transduction mechanisms: piezoelectric, electromagnetic or electrostatic. Although electrostatic MPGs are the most compatible mechanism with ICs technology, many challenges face their optimal operation including low efficiency due to power electronics switching losses, the need for pre-charge, and the inability to operate in vibration environments with low frequencies and amplitudes. The objective of this thesis is to develop novel electrostatic micro-power generators using switchless architecture to achieve low cost, small footprint, self-sustained and optimal power generation in different vibration environments including low frequencies and amplitudes. The first electrostatic MPG uses an out-of-plane capacitive transducer. The new generator is sensitive enough to extract output power at very low base excitations. It is designed to use ready-made electret as a charging source and is therefore portable and self-sustained. Moreover, the new MPG can be configured as a wideband MPG in its impact mode of operation. A bandwidth of up to 9 Hz has been realized in this mode of operation. An improved version of the MPG is also presented that produces almost 1mW output power at a base excitation amplitude and frequency of 0.08g (RMS) and 86 Hz. Two nonlinear models developed for the free-flight and impact modes of operation of the MPG are presented to allow future analysis and optimization of the system. The second electrostatic MPG uses a novel interdigitated in-plane parallel plate electrostatic transducer. The new implementation can achieve 78% more output power than the original cited implementation. The MPG is fabricated using MEMS surface micromachining. The MPG introduces a new beam suspension system in which the source voltage is unlimited by the pull-in instability and low MPG center frequency can be realized. The MPG uses charged silicon nitride as a charging source. The MPG produces 65 mV at a base acceleration amplitude and frequency of 2g and 1.1 kHz. The prototype achieves 27% less resonance frequency with only one eight the size of the previous implementation. A third electrostatic MPG architecture is introduced. The new architecture eliminates the need for restoring force elements (springs) in the MPG. The architecture can realize arbitrarily low MPG center frequency. It is suitable for both rectilinear and cylindrical structures and can be used with different vibration energy transduction methods. A prototype is fabricated and tested to demonstrate the feasibility of this architecture. The center frequency of the prototype is found to be 2 Hz demonstrating low frequency operation. The nonlinear behavior of switchless (continuous) electrostatic MPGs is further studied for optimal power operation. A consistent approximate analytical solution is developed to describe the nonlinear behavior of switchless comb-finger electrostatic MPGs. The method of multiple scales is used to develop such model. The model was found to be valid for MPGs operating under tight electromechanical coupling conditions and for moderately-large base excitations.

The objectives of this research lie in the area of millimeter and submillimeter wave signal generation and are directed into two paths that are separate, but related. The first involves the development of a W-Band oscillator using Raytheon's Metamorphic High Electron Mobility Transistor (MHEMT) substrate. The second involves the development of silicon formed rectangular waveguide to replace metallic waveguide, ultimately to be used in THz signal source circuits. An exploration of two different topologies for a W-Band oscillator design utilizing Raytheon s MHEMT substrate is presented. This material will demonstrate the reasoning behind the topology selection and the approach of the design. An evaluation of this first ever W-Band MHEMT oscillator will be presented demonstrating its performance capabilities. Finally, an oscillator design will be presented extending the first successful MHEMT W-Band design. The area of Silicon rectangular waveguide with is covered. A design approach of the silicon waveguide will be discussed. The technology used to fabricate and package the silicon waveguide will be explained. The results of the very first 400 GHz silicon waveguide will be shown and the future efforts will be covered. A silicon micromachined waveguide multiplier using an HBV diode circuit is constructed and successfully demonstrated with an output frequency of 261 GHz, showing little difference between using micromachined waveguide and metal waveguide. Lastly, a power combining frequency multiplier is developed utilizing HBV diodes with an output of 260 GHz. The input and output sections are created using branch line couplers. The results showed good power generation as compared to a single diode multiplier.

none

Thesis (M.S. in electrical engineering)--Washington State University, December 2009. / Title from PDF title page (viewed on Jan. 28, 2010). "School of Electrical Engineering and Computer Science." Includes bibliographical references (p. 99-101).

Thesis (M.S.)--Florida State University, 2003. / Advisor: Michael Mascagni, Florida State University, College of Arts and Sciences, Dept. of Computer Science. Title and description from dissertation home page (viewed Mar. 2, 2004). Includes bibliographical references.

M. Tech. Electrical Engineering. / Investigates the thermal performance of solar water heating systems on low cost housing environment as a component of the measurement and verification process of the sustainable energy management.

Generators, or expressions capable of producing a sequence of results during evaluation, are found in one form or another in a number of programming languages. The use of generators has been limited by a lack of understanding of their operation. Control structures for generating expressions are usually patterned after the control structures found in conventional language designs. A notation for describing the static aspects of generators is presented in this dissertation. This notation is used to describe the operation of the generator-based control structures in Icon and to introduce several novel control structures based upon generator evaluation. Co-expressions are introduced as the expression-level equivalent of coroutines, and combined with generators to provide a powerful programming facility. Finally, machine and language independent models for implementation of goal-directed evaluation and co-expressions are presented.

Οι σύγχρονες κοινωνίες καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας για τη θέρμανση χώρων, τα μέσα μεταφοράς, την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και για τη λειτουργία των βιομηχανικών μονάδων. Το μεγαλύτερο ποσοστό ενέργειας που χρησιμοποιείται προέρχεται από συμβατικές πηγές ενέργειας, όπως είναι το πετρέλαιο, η βενζίνη και ο άνθρακας, που αργά ή γρήγορα θα εξαντληθούν. Από την άλλη πλευρά, οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ανανεώνονται μέσω του κύκλου της φύσης και θεωρούνται πρακτικά ανεξάντλητες. Γενικά θεωρούνται οι εναλλακτικές των παραδοσιακών πηγών ενέργειας. Οι κυριότερες μορφές των ΑΠΕ είναι η υδροηλεκτρική ενέργεια, η θαλάσσια ενέργεια, η ενέργεια που προέρχεται από τη βιομάζα, η γεωθερμική ενέργεια, το υδρογόνο, η ηλιακή ενέργεια και η αιολική. Έχουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι άλλων πηγών ενέργειας, όπως το γεγονός ότι είναι πρακτικά ανεξάντλητες, δε μολύνουν το περιβάλλον και έχουν χαμηλό λειτουργικό κόστος. Είναι εγχώριες πηγές ενέργειας και συνεισφέρουν στην ενίσχυση της ενεργειακής ανεξαρτησίας. Δημιουργούν σημαντικό αριθμό νέων θέσεων εργασίας. Αποτελούν πυρήνα για την αναζωογόνηση οικονομικά και κοινωνικά υποβαθμισμένων περιοχών και πόλο για τη τοπική ανάπτυξη, με την προώθηση ανάλογων επενδύσεων. Η αύξηση των επενδύσεων σε ΑΠΕ άρχισε να γίνεται ιδιαίτερα αισθητή την τελευταία δεκαετία όπου παρατηρείται έντονη άνοδος στην επενδυτική δραστηριότητα και συνεπώς στην εγκατεστημένη ισχύ μονάδων παραγωγής ενέργειας. Πέρα από τα μεγάλα υδροηλεκτρικά, που υπερέχουν σημαντικά ως προς την εγκατεστημένη ισχύ, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται κυρίως στα αιολικά και στα φωτοβολταϊκά. Όμως, παρά την ανοδική τους τάση οι ΑΠΕ παραμένουν ανεπαρκώς ανεπτυγμένες, κυρίως αν ληφθούν υπόψη οι ευνοϊκές κλιματολογικές συνθήκες στη χώρα μας (πλούσιο αιολικό δυναμικό και υψηλό επίπεδο ηλιοφάνειας). Η ανάπτυξη των ΑΠΕ στη χώρα μας προωθείται από τους στόχους που έχουν τεθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση, την αυξανόμενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας, από την πτώση του κόστους παραγωγής των ΑΠΕ και την ταυτόχρονη άνοδο του κόστος παραγωγής των συμβατικών καυσίμων καθώς και από το ευνοϊκό θεσμικό πλαίσιο που αφορά τις γενναιόδωρες επιδοτήσεις κεφαλαίου για την πραγματοποίηση επενδύσεων σε ΑΠΕ και την τιμολόγηση του παραγόμενου από ΑΠΕ ηλεκτρικού ρεύματος για την επόμενη εικοσαετία. Δυστυχώς η δυσχερής και χρονοβόρα διαδικασία αδειοδότησης, η έλλειψη χωροταξικού σχεδιασμού για τις ΑΠΕ, που επιτρέπει σε κάθε πολίτη να εμποδίσει την εγκατάσταση μονάδων με χρήση ΑΠΕ, καθώς και το γεγονός ότι η κατασκευή, λειτουργία και συντήρηση των μονάδων ηλεκτροπαραγωγής εξαρτάται από τους προμηθευτές και τη διαθεσιμότητα εξοπλισμού και πρώτων υλών εμποδίζουν πρακτικά την ανάπτυξη των ΑΠΕ στη χώρα μας. Το υπό διερεύνηση σύστημα που μελετάται είναι η σύνδεση ανεμογεννήτριας σε ισχυρό δίκτυο. Η ανεμογεννήτρια αποτελείται από τον ανεμοκινητήρα και τη σύγχρονη γεννήτρια. Επειδή η ένταση του ανέμου είναι μεταβλητή, για τη σωστή λειτουργία της σύγχρονης γεννήτριας χρησιμοποιούνται συστήματα ελέγχου προκειμένου να διατηρηθούν η τάση και η συχνότητα στις ονομαστικές τους τιμές. Στη συγκεκριμένη εργασία, γίνεται η προσομοίωση του υπό διερεύνηση συστήματος στο ATP-EMTP και παρατίθενται σχηματικά διαγράμματα για διάφορες τιμές της ταχύτητας του ανέμου συναρτήσει της ακτίνας του πτερυγίου και της αδράνειας του συστήματος. Η ταχύτητα του ανέμου κατέχει βασικό ρόλο στη συμπεριφορά της λειτουργίας μιας ανεμογεννήτριας. Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του ανέμου, αυξάνονται η γωνιακή ταχύτητα του ανεμοκινητήρα και η μηχανική ροπή στην είσοδο της σύγχρονης γεννήτριας, συνεπώς και η ροπή του ανεμοκινητήρα. Το χρονικό σημείο όπου το σύστημα εισέρχεται στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας είναι ίδιο, γεγονός που οφείλεται στη μη μεταβολή της αδράνειας του συστήματος. Επίσης παρατηρείται, ότι η αύξηση της ταχύτητας του ανέμου έχει σαν αποτέλεσμα η ισχύς του συστήματος να αυξάνεται όπως και είναι αναμενόμενο, αλλά από μια ταχύτητα του ανέμου και πάνω η παραγόμενη ισχύς δεν παρουσιάζει την ίδια συμπεριφορά γεγονός που οφείλεται στα λειτουργικά χαρακτηριστικά του ανεμοκινητήρα και στις χαρακτηριστικές που εκφράζουν τη λειτουργία του (cp (λ)). Συνεχίζοντας την ανάλυση του συστήματος του ανεμοκινητήρα παρατηρείται ότι καθώς η αδράνεια του συστήματος παραμένει σταθερή η γωνιακή ταχύτητα του ανεμοκινητήρα σταθεροποιείται χρονικά στο ίδιο σημείο για διαφορετικές τιμές της ταχύτητας του ανέμου, όπως και αναμένονταν. Κατά το αρχικό χρονικό διάστημα η γωνιακή ταχύτητα του ανεμοκινητήρα παρουσιάζεται ιδιαίτερα μεταβαλλόμενη, γεγονός που οφείλεται στον προσδιορισμό των αρχικών συνθηκών του συστήματος. Οι αρχικές συνθήκες των μεταβλητών του συστήματος θεωρούνται σταθερές για οποιαδήποτε τιμή της ταχύτητας του ανέμου (παραδοχή). Καθώς η αδράνεια μεγαλώνει υφίσταται μείωση των μεταβολών της γωνιακής ταχύτητας και η γωνιακή ταχύτητα ισορροπεί σε διαφορετικούς χρόνους για διάφορες τιμές της αδράνειας. Ένα άλλο βασικό μέγεθος που επηρεάζει τη λειτουργία μιας ανεμογεννήτριας είναι η ακτίνα των πτερυγίων της. Αυξάνοντας την ακτίνα των πτερυγίων, αυξάνεται η γωνιακή ταχύτητα του ανεμοκινητήρα καθώς και η ροπή εισόδου στη σύγχρονη γεννήτρια, και συνεπώς η παραγόμενη μηχανική ισχύς στην έξοδο του ανεμοκινητήρα. Έγινε και επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων, αφού τόσο η μεταβολή της ακτίνας των πτερυγίων όσο και η μεταβολή της ταχύτητας του ανέμου οδήγησαν σε αντίστοιχα αποτελέσματα που ανταποκρίνονταν στις αναλυτικές εξισώσεις που εκφράζουν τον ανεμοκινητήρα και που παρουσιάστηκαν στη διπλωματική εργασία. Κατόπιν στο σύστημα προστίθεται σύγχρονη γεννήτρια συνδεδεμένη με τριφασικό ωμικό φορτίο. Προτιμήθηκε σύγχρονη γεννήτρια καθώς έχει τη δυνατότητα παραγωγής άεργου ισχύος σε αντίθεση με την ασύγχρονη, και για αυτό το λόγο πλέον χρησιμοποιούνται περισσότερο συγκριτικά με τα προηγούμενα έτη. Τελειώνοντας, συνδέεται η ανεμογεννήτρια σε ισχυρό δίκτυο, και παρουσιάζονται αποτελέσματα που αφορούν τα ρεύματα στο εσωτερικό της μηχανής αλά και στην έξοδό της, καθώς και οι τάσεις του συστήματος και η γωνιακή ταχύτητα. Επίσης γίνεται διερεύνηση της λειτουργικής συμπεριφοράς του συστήματος σε περιπτώσεις σφαλμάτων συμμετρικών και μη. Επισημαίνεται ότι το ρεύμα διέγερσης Ιf δεν αλλάζει τιμή καθώς το σύστημα δεν διαθέτει έλεγχο. Παρ’ όλ’ αυτά έγινε προσπάθεια προσομοίωσης της σύγχρονης γεννήτριας που επιλέχθει με τα συστήματα ελέγχου P-f, Q-V και για τα οποία παρουσιάστηκαν τα αντίστοιχα σχηματικά διαγράμματα. / The Renewable Sources of Energy are considered generally as the alternatives to the traditional sources of energy. They are thus named because most of them are renewed in the nature. They are immediately used (mainly for heating) or changed into other forms of energy (electric or mechanic energy). It is calculated that the bigger part of electric energy that is produced worldwide, is produced by stations that use RSE. They have a lot of advantages against other sources of energy, as the fact that they are practically inexhaustible; they do not pollute the environment and have low functional cost. As main forms of RSE are reported the hydroelectric energy, the marine energy, the energy that emanate from the biomass, the geothermal energy, the hydrogen, the solar energy and aeolian. The growth of RSE in our country is promoted by the objectives that have been placed by the European Union, the increasing demand of electric energy, from the fall of cost of production of RSE and the simultaneous rise in the cost of conventional fuels production, as well as from the favorable institutional frame that concerns the generous capital subsidies for the realization of investments in RSE and the pricing produced from RSE of electric current for the next 20 years. Unfortunately, the awkward and time-consuming process of vacations awarding, the lack of land-planning for the RSE, that allows in each citizen to prevent the installation of units with use of RSE, as well as the fact that the manufacture, operation and maintenance of units for electricity generation depends on the suppliers and the availability of equipment and raw material, prevents practically the growth of RSE in our country. The system under investigation is the connection of wind generator in powerful network. The wind generator is constituted by a wind-motor and a synchronous generator. The wind turns the fins of wind generator, which are connected with a turned axis. The axis passes in a box of movement transmission, where the speed of rotation is increased. The box is connected with axis of big speed of rotation, which moves an electricity production generator. If the intensity of wind is strengthened too much, the turbine has a brake that limits the excessive increase of rotation of the fins in order to limit its deterioration and to avoid destruction. For the right operation of synchronous generator are used control systems so that tendency and frequency are maintained in their nominal prices. In conclusion, a simulation of the system is presented in the ATP-EMTP and schematic diagrams are mentioned on various prices of wind speed in connection with the beam of fins of wind generator and the system’s inactivity.

Two-photon absorption is the process in which a molecule absorbs two photons simultaneously. The two key advantages of two-photon processes over one-photon processes are the possibility of excitation of materials with high three-dimensional spatial resolution and deep light-penetration into absorbing materials. Based on bond-cleavage reactions activated by photon-induced intramolecular electron transfer, two-photon activatable acid and radical initiators and two-photon removable protecting groups have been successfully designed and synthesized for photopolymerization and three-dimensional microfabrication and for biomedical photo-triggers. The optical and chemical properties of synthesized molecules, such as quantum yield of acid generation, initiation efficiency of photopolymerization, and photolysis efficiency, have been studied by using a variety of physical and analytical techniques under one-photon conditions. The two-photon characteristics and applications of these molecules are being investigated in collaboration with other groups.