压电振动能量回收系统DICH接口技术的研究与设计

发布时间：2017-04-26 15:04

  本文关键词：压电振动能量回收系统DICH接口技术的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：能量回收技术是无线传感网络和便携式电子设备向微型化发展的关键技术之一,在国内外现有的几种能量回收技术中,基于压电材料将环境中的振动能转化为电能的压电振动能量回收技术引起了科研人员的广泛关注,这是因为其具有输出功率大、对电子器件不产生电磁干扰和体积小易于实现微型化,特别适合MEMS方面的应用。本文对压电振动能量回收系统的接口电路进行了研究,主要的研究内容和取得的成果如下:1.在压电材料的压电效应和压电方程的基础上,结合机械振动中的“弹簧-质量-阻尼块”模型建立了能量回收系统的机电耦合模型,并分析了系统的能量转换关系和影响回收功率的系统参数。2.对标准接口、同步电荷提取和串并联同步开关电感四种常见的压电能量回收接口技术进行了详细的理论分析并推导出了在恒定位移和恒定激振力条件下的理论回收功率。3.设计了一种新的压电能量回收接口电路——双中间电容回收电路(DICH),分析了在位移恒定和激振力恒定条件下的理论回收功率,并比较了该接口电路与四种常见的接口电路在上述条件下的理论回收功率与负载和机电耦合系数的关系。结果表明:在恒定激振位移条件下,双中间电容回收电路的回收功率与负载无关,约为同步电荷提取电路的2倍;在恒定激振力条件下,随着系统机电耦合系数的增大,双中间电容回收电路的回收功率先增大都趋于稳定。4.在Multisim中建立压电片的仿真模型,并对四种常见的接口电路和双中间电容回收电路进行了仿真,对它们的仿真结果进行了比较。5.搭建实验平台,在相同的实验条件下,观测四种常见的压电能量回收接口电路和双中间电容回收电路的实验波形和不同负载下的实际回收功率,并且将实际回收功率与理论回收功率进行分析比较。实验结果表明:本文提出的双中间电容回收电路的回收功率与负载无关而且约是同步电荷提取电路的2倍,有着优越的性能。
【关键词】：能量回收 振动 压电片 接口电路 回收功率
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM619;TB535
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 注释表10-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题的研究背景12
• 1.2 振动能量回收技术概述12-14
• 1.3 压电能量回收技术的国内外研究现状14-20
• 1.3.1 压电材料14-15
• 1.3.2 耦合工作模式15
• 1.3.3 回收装置的结构形式15-16
• 1.3.4 频率调节16-17
• 1.3.5 接口电路技术17-20
• 1.3.6 压电能量回收技术应用实例20
• 1.4 论文的主要研究内容与章节安排20-22
• 第二章 压电能量回收系统的机电耦合模型22-28
• 2.1 压电效应22
• 2.2 压电材料的特性参数22-23
• 2.3 压电方程23-25
• 2.4 机电耦合模型25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 压电能量回收接口电路的设计28-46
• 3.1 常用接口电路的原理和理论回收功率28-35
• 3.1.1 标准接口电路28-30
• 3.1.2 同步电荷提取电路30-32
• 3.1.3 同步开关电感回收电路32-35
• 3.2 双中间电容回收电路35-41
• 3.3 接口电路理论回收功率分析与比较41-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 接口电路仿真46-52
• 4.1 压电片的仿真建模46
• 4.2 基于Multisim的接口电路仿真46-50
• 4.2.1 四种常见接口电路仿真46-48
• 4.2.2 双中间电容回收电路48-50
• 4.3 接口电路仿真结果分析与比较50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 能量回收接口电路实验52-63
• 5.1 实验装置52-54
• 5.2 实验方法与结果54-60
• 5.2.1 标准能量回收电路55-56
• 5.2.2 同步电荷提取电路56-57
• 5.2.3 同步开关电感回收电路57-59
• 5.2.4 双中间电容回收电路59-60
• 5.3 实验结果比较与分析60-61
• 5.4 本章小结61-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 全文工作总结63
• 6.2 今后工作展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文70

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