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多谐振频率压电振动能量回收结构特性及实验研究

王磊  
【摘要】: 近年来,“新能源”成为社会和工程技术人员关注的热点。太阳能、风能、核能等清洁、环保、无污染的能量收集技术的研究取得巨大进展,并得到广泛应用。与此同时,微机电系统的迅速发展也需要对微能源装置进行深入研究。但是众多能量获取方式由于装置的结构尺寸及使用范围等因素的限制,较难应用于微机电系统。在这种情况下,振动能量回收技术凭借能量来源广泛、收集方便的特点引起了人们越来越多的关注。但是传统的压电振动能量回收装置只有一个谐振频率点,发电性能及工作环境适应性较差,因此本文对多谐振频率压电发电技术进行了以下四个方面的研究。 首先,本文建立了悬臂梁压电振子的数学模型,得到其电压和电荷输出特性,为设计和优化压电发电结构提供了理论依据。 其次,采用有限元分析软件ANSYS 11.0对压电振子进行了静力学、模态、谐响应分析,得到了压电振子结构参数与固有频率、输出电压之间的关系。分析结果与理论计算值基本相符,证明了本文建立的压电振子数学模型是合理的。 再次,对多谐振频率压电发电结构参数进行了优化,并对发电性能进行了分析。在优化结果的基础上,设计开发了多谐振频率压电发电实验装置。 最后,设计并实现了压电发电软硬件实验系统,实验结果表明多谐振频率压电发电结构扩大了可回收振动能量的频率范围,具有较好的发电性能。


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