MSMA特性测试平台与振动能量采集器研究

发布时间：2017-05-24 10:28

  本文关键词：MSMA特性测试平台与振动能量采集器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着无线传感器网络、无线通信技术以及微机电系统的不断发展，与之相关的微能源供电系统得到人们更多的关注，机械振动能量广泛存在于自然界中，研究表明，利用磁控形状记忆合金(Magnetically controlled Shape Memory Alloy,简称MSMA)的逆效应可以将自然界中的振动能量转换为电能，实现对无线传感器网络和微机电系统的供电。为此，本文简要介绍了磁控形状记忆合金特性测试平台，并针对磁控形状记忆合金振动能量采集装置进行了研究和设计。 首先，介绍了振动能量采集技术的国内外研究现状，并分析了本论文研究内容的意义。另外分析介绍了MSMA的五个主要特性、变形机理以及MSMA所受应力与产生形变之间的关系，并对MSMA特性测试平台做了简要介绍。 其次，对MSMA振动能量采集器的原理进行了理论分析，为MSMA振动能量采集器的设计提供了依据和理论基础，在分析和研究MSMA振动能量采集器原理的基础基础之上，又建立了该振动能量采集器的电磁——机械转换的本构模型。 再次，针对MSMA材料的特性，对线圈绕组，永磁铁，软磁材料尺寸等各方面的参数进行了分析和确定，，然后又对振动能量采集器中的磁路进行了理论分析和建模，并利用ANSYS13.0软件对磁路进行了有限元建模和仿真，通过仿真得知，之前设定的MSMA振动能量采集器各结构部分的参数的正确性，MSMA材料中的磁通密度符合相应要求，从而设计出了MSMA振动能量采集器原型机。 最后，通过计算、分析将所建立模型中的某些参数进行确定，利用MATLAB进行仿真，得到不同机械振动频率输入下输出的电压波形。另外，在此基础上还对所设计的MSMA振动能量采集器原型机进行了实验，对振动能量采集器上方的顶杆施加不同频率的不同形式大小的作用力，在绕组线圈的输出端检测到不同形式电压波形，从而可以得出MSMA能够应用到振动能量采集器领域的结论。并对本文的研究成果进行了总结，指明了课题进一步的研究方向。
【关键词】：磁控形状记忆合金（MSMA） 振动能量采集 电磁机械转换模型 ANSYS仿真 实验
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB53;TM619
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 主要符号表11-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 引言12-13
• 1.2 振动能量采集技术的国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国外振动能量采集器研究现状14-16
• 1.2.2 国内振动能量采集器研究现状16
• 1.3 本文研究意义16-17
• 1.4 论文的框架结构17-19
• 第2章 MSMA 特性测试平台与特性研究19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 MSMA 特性测试平台简介19-23
• 2.2.1 检测系统工作原理19-20
• 2.2.2 核心处理器20
• 2.2.3 稳压电源模块20-21
• 2.2.4 温度测量模块21-22
• 2.2.5 压力测量22
• 2.2.6 磁场测量22
• 2.2.7 位移检测22-23
• 2.3 MSMA 变形机理23-28
• 2.4 MSMA 所受应力与产生形变之间的关系28-30
• 2.5 MSMA 材料特性概述30-35
• 2.5.1 磁控形状记忆效应31-32
• 2.5.2 Villari 效应32
• 2.5.3 电阻、磁导率与材料长度的比例变化关系32-33
• 2.5.4 高温形状记忆效应33-34
• 2.5.5 固有阻尼特性34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 MSMA 振动能量采集器理论分析36-42
• 3.1 引言36
• 3.2 MSMA 振动能量采集器原理简介36-38
• 3.3 对于弹簧的选择38-39
• 3.4 MSMA 振动能量采集器电磁-机械转换原理及数学模型39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 MSMA 振动能量采集器的设计42-57
• 4.1 MSMA 振动能量采集器的整体结构图42
• 4.2 线圈绕组与永磁铁的选择42-46
• 4.2.1 线圈几何参数确定42-44
• 4.2.2 永磁铁的选型44-46
• 4.3 软磁材料的选择46-47
• 4.3.1 软磁材料的发展46
• 4.3.2 常用软磁磁芯分类46-47
• 4.4 磁路的设计与建模47-49
• 4.5 基于 ANSYS 的 MSMA 振动能量采集器的有限元分析49-53
• 4.5.1 ANSYS 电磁场基本理论49-51
• 4.5.2 建立模型、赋予特性51
• 4.5.3 划分网格51-52
• 4.5.4 加边界条件、载荷和求解52-53
• 4.6 关于 MSMA 振动能量采集器固定装置的设计53-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第5章 关于 MSMA 振动能量采集器的实验与仿真57-62
• 5.1 MSMA 振动能量采集器中磁导率比例参数确定与 MATLAB 仿真57-59
• 5.2 MSMA 振动能量采集器实验59-61
• 5.3 本章小结61-62
• 结论与展望62-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文68

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本文编号：390536