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非线性低频压电振动能量回收装置的研究

发布时间:2019-06-18 20:51
【摘要】:在无线传感技术向微型化和实用化发展的过程中,能量回收技术有着广阔的应用前景。其中压电振动能量回收技术具有较高的能量密度,结构简单易于系统集成的特点,非常适合在MEMS方面的应用,最具发展前景。本文为了改善传统线性压电悬臂梁能量回收结构的不足,从拓宽能量回收的频带范围、提升机电转换效率,提高能量输出功率的方面出发,提出了一种新型非线性低频压电振动能量回收结构。本文的主要工作如下:(1)介绍了能量回收的背景、压电材料种类,从材料和结构、接口电路以及存储应用技术介绍了压电能量回收国内外的研究现状。(2)介绍了压电的基础知识,主要内容包括压电材料的正逆压电效应、压电方程、压电常数以及悬臂梁式振动能量回收结构及其理论分析,并提出了引入磁铁非线性力的压电振动能量回收结构。(3)建立两永久磁铁间的磁铁力模型并推导得到磁铁力的表达式,利用该式结合牛顿运动定律得出结构的动力学方程并建立了机电耦合模型,并且在Matlab/Simulink中进行了仿真。(4)加工了能量回收结构、搭建实验平台,对非线性压电振动能量回收结构进行实验研究。(5)设计了基于LTC3588-1芯片自供电电源管理系统,并对其进行了仿真与实验测试。研究结果表明,本文提出的非线性压电振动能量回收结构具有固有频率可调节,频率升高的优点,同时基于LTC3588-1芯片的电源管理系统能够输出稳定的电压。
[Abstract]:In the process of miniaturization and practicality of wireless sensing technology, energy recovery technology has a broad application prospect. Among them, piezoelectric vibration energy recovery technology has the characteristics of high energy density, simple structure and easy system integration. It is very suitable for application in MEMS and has the most development prospect. In order to improve the shortcomings of the traditional linear piezoelectric cantilever energy recovery structure, a new nonlinear low frequency piezoelectric vibration energy recovery structure is proposed in this paper from the aspects of widening the frequency band of energy recovery, improving the efficiency of electromechanical conversion and increasing the energy output power. The main work of this paper is as follows: (1) the background of energy recovery, the types of piezoelectric materials, the research status of piezoelectric energy recovery at home and abroad from material and structure, interface circuit and storage application technology are introduced. (2) the basic knowledge of piezoelectric energy recovery is introduced, including the positive and inverse piezoelectric effect of piezoelectric materials, piezoelectric equation, piezoelectric constant, cantilever vibration energy recovery structure and its theoretical analysis. The piezoelectric vibration energy recovery structure with nonlinear force of magnet is proposed. (3) the magnetic force model between two permanent magnets is established and the expression of magnetic force is derived. by using this formula combined with Newton's law of motion, the dynamic equation of the structure is obtained and the electromechanical coupling model is established, and the simulation is carried out in Matlab/Simulink. (4) the energy recovery structure is processed and the experimental platform is built. The nonlinear piezoelectric vibration energy recovery structure is studied experimentally. (5) the self-power supply management system based on LTC3588-1 chip is designed, and its simulation and experimental test are carried out. The results show that the nonlinear piezoelectric vibration energy recovery structure proposed in this paper has the advantages of adjustable natural frequency and higher frequency. At the same time, the power management system based on LTC3588-1 chip can output a stable voltage.
【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】:2016
【分类号】:TM619

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本文编号:2501786


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