双簧片耦合激励的纵振-横摆式压电振动俘能器研究
发布时间：2021-02-24 14:26
针对现有压电振动俘能器低频效果差、压电振子承受交变拉-压应力、可靠性低以及固有频率不可调节等问题,提出一种双簧片耦合激励的纵振-横摆式压电振动俘能器,利用耦合器中纵振簧片端部激励磁铁与组合换能器中横摆簧片端部受激磁铁间的磁力耦合作用实现两个簧片之间的振动方向转换和能量传递,横摆簧片再迫使其两侧的压电振子产生横向弯曲变形,进而将环境的纵向振动能转换成电能。从理论建模仿真与试验测试两方面进行了研究,所完成的主要研究内容包括:1.建立了压电振子、组合换能器以及激励磁铁和受激磁铁的COMSOL有限元模型并进行了仿真分析,研究了:压电振子结构参数（长度比及厚度比）对其力学特性以及输出性能（输出电压及功率）的影响规律,组合换能器结构参数（横摆簧片长度、厚度及夹持比）对其力学特性的影响规律,激励磁铁和受激磁铁空间相对距离对磁耦合力的影响规律。2.建立了纵振-横摆式压电振动俘能器的两自由度系统动力学模型并进行了仿真分析,研究了耦合器结构参数（纵振簧片长度及纵振质量）和组合换能器结构参数（夹持比、横摆簧片长度及横摆质量）对俘能器动力学特性的影响规律。结果表明:存在两个谐振频率使俘能器的振幅放大比出现峰值...
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单悬臂梁式压电振动俘能器[10]
第1章绪论2形态及数量可分为以下三类：①单梁式、②阵列式、③异形梁式。1.2.1单梁式压电振动俘能器悬臂梁式压电振动俘能器中，典型的结构为端部安装有质量块的单悬臂梁压电振子。2004年，SRoundy等人[9]将该种结构微型化并建立了理论模型，如图1.1所示。在激励频率为120Hz、加速度为2.5m/s2的外部激振力作用下，该俘能器的输出功率为375μW/cm3。该种结构的俘能器不足是响应频率较窄，可靠性低。图1.1单悬臂梁式压电振动俘能器图1.2双稳态压电悬臂梁振动俘能器2010年，陈仲生等人[10]提出了一种双稳态压电悬臂梁振动俘能器，如图1.2所示。在悬臂梁压电振子端部加装磁铁，并将另一块磁铁固定在悬臂梁磁铁对面形成双稳态，压电振子弯曲方向与振动方向同向。在随机激励下，合适的磁铁间间距可使俘能器产生随机共振的现象，且此时输出功率较无磁铁的压电振动俘能器提高了400%。2012年，JongC等人[11]提出了一种非对称悬臂梁多向压电振动俘能器，如图1.3所示。将悬臂梁压电振子端部的质量块更换成非对称质量块，使得俘能器能收集多个方向上的振动能量，在激励频率为45Hz、加速度为10m/s2的外部激振力作用下，z方向的输出功率及电压分别为7.5mW和38.5V，x方向的输出功率及电压分别为1.4mW和16.7V。图1.3非对称悬臂梁多向压电振动俘能器图1.4双稳态压电悬臂梁振动俘能器模型压电振子非对称质量块压电振子端部质量块压电振子磁铁调距螺丝示波器采集卡PC机信号器功放激振台双稳悬臂梁俘能器负载阻抗压电振子永磁铁
第1章绪论2形态及数量可分为以下三类：①单梁式、②阵列式、③异形梁式。1.2.1单梁式压电振动俘能器悬臂梁式压电振动俘能器中，典型的结构为端部安装有质量块的单悬臂梁压电振子。2004年，SRoundy等人[9]将该种结构微型化并建立了理论模型，如图1.1所示。在激励频率为120Hz、加速度为2.5m/s2的外部激振力作用下，该俘能器的输出功率为375μW/cm3。该种结构的俘能器不足是响应频率较窄，可靠性低。图1.1单悬臂梁式压电振动俘能器图1.2双稳态压电悬臂梁振动俘能器2010年，陈仲生等人[10]提出了一种双稳态压电悬臂梁振动俘能器，如图1.2所示。在悬臂梁压电振子端部加装磁铁，并将另一块磁铁固定在悬臂梁磁铁对面形成双稳态，压电振子弯曲方向与振动方向同向。在随机激励下，合适的磁铁间间距可使俘能器产生随机共振的现象，且此时输出功率较无磁铁的压电振动俘能器提高了400%。2012年，JongC等人[11]提出了一种非对称悬臂梁多向压电振动俘能器，如图1.3所示。将悬臂梁压电振子端部的质量块更换成非对称质量块，使得俘能器能收集多个方向上的振动能量，在激励频率为45Hz、加速度为10m/s2的外部激振力作用下，z方向的输出功率及电压分别为7.5mW和38.5V，x方向的输出功率及电压分别为1.4mW和16.7V。图1.3非对称悬臂梁多向压电振动俘能器图1.4双稳态压电悬臂梁振动俘能器模型压电振子非对称质量块压电振子端部质量块压电振子磁铁调距螺丝示波器采集卡PC机信号器功放激振台双稳悬臂梁俘能器负载阻抗压电振子永磁铁
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合梯形压电悬臂梁能量收集器的特性研究[J]. 陈文科,靳伍银,曹卉,王安. 哈尔滨工程大学学报. 2019(06)
[2]基于磁化电流法的双稳压电悬臂梁磁力精确分析[J]. 张雨阳,冷永刚,谭丹,刘进军,范胜波. 物理学报. 2017(22)
[3]双端磁耦合式压电振动俘能器结构设计[J]. 董新博,刘海鹏,陈林雄,高世桥. 压电与声光. 2017(05)
[4]双稳态压电悬臂梁发电系统的动力学建模及分析[J]. 孙舒,曹树谦. 物理学报. 2012(21)
[5]悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获的随机共振机理研究[J]. 陈仲生,杨拥民. 物理学报. 2011(07)
[6]复合型悬臂梁压电振子振动模型及发电试验研究[J]. 袁江波,谢涛,单小彪,陈维山. 机械工程学报. 2010(09)
本文编号：3049508
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单悬臂梁式压电振动俘能器[10]
第1章绪论2形态及数量可分为以下三类：①单梁式、②阵列式、③异形梁式。1.2.1单梁式压电振动俘能器悬臂梁式压电振动俘能器中，典型的结构为端部安装有质量块的单悬臂梁压电振子。2004年，SRoundy等人[9]将该种结构微型化并建立了理论模型，如图1.1所示。在激励频率为120Hz、加速度为2.5m/s2的外部激振力作用下，该俘能器的输出功率为375μW/cm3。该种结构的俘能器不足是响应频率较窄，可靠性低。图1.1单悬臂梁式压电振动俘能器图1.2双稳态压电悬臂梁振动俘能器2010年，陈仲生等人[10]提出了一种双稳态压电悬臂梁振动俘能器，如图1.2所示。在悬臂梁压电振子端部加装磁铁，并将另一块磁铁固定在悬臂梁磁铁对面形成双稳态，压电振子弯曲方向与振动方向同向。在随机激励下，合适的磁铁间间距可使俘能器产生随机共振的现象，且此时输出功率较无磁铁的压电振动俘能器提高了400%。2012年，JongC等人[11]提出了一种非对称悬臂梁多向压电振动俘能器，如图1.3所示。将悬臂梁压电振子端部的质量块更换成非对称质量块，使得俘能器能收集多个方向上的振动能量，在激励频率为45Hz、加速度为10m/s2的外部激振力作用下，z方向的输出功率及电压分别为7.5mW和38.5V，x方向的输出功率及电压分别为1.4mW和16.7V。图1.3非对称悬臂梁多向压电振动俘能器图1.4双稳态压电悬臂梁振动俘能器模型压电振子非对称质量块压电振子端部质量块压电振子磁铁调距螺丝示波器采集卡PC机信号器功放激振台双稳悬臂梁俘能器负载阻抗压电振子永磁铁
第1章绪论2形态及数量可分为以下三类：①单梁式、②阵列式、③异形梁式。1.2.1单梁式压电振动俘能器悬臂梁式压电振动俘能器中，典型的结构为端部安装有质量块的单悬臂梁压电振子。2004年，SRoundy等人[9]将该种结构微型化并建立了理论模型，如图1.1所示。在激励频率为120Hz、加速度为2.5m/s2的外部激振力作用下，该俘能器的输出功率为375μW/cm3。该种结构的俘能器不足是响应频率较窄，可靠性低。图1.1单悬臂梁式压电振动俘能器图1.2双稳态压电悬臂梁振动俘能器2010年，陈仲生等人[10]提出了一种双稳态压电悬臂梁振动俘能器，如图1.2所示。在悬臂梁压电振子端部加装磁铁，并将另一块磁铁固定在悬臂梁磁铁对面形成双稳态，压电振子弯曲方向与振动方向同向。在随机激励下，合适的磁铁间间距可使俘能器产生随机共振的现象，且此时输出功率较无磁铁的压电振动俘能器提高了400%。2012年，JongC等人[11]提出了一种非对称悬臂梁多向压电振动俘能器，如图1.3所示。将悬臂梁压电振子端部的质量块更换成非对称质量块，使得俘能器能收集多个方向上的振动能量，在激励频率为45Hz、加速度为10m/s2的外部激振力作用下，z方向的输出功率及电压分别为7.5mW和38.5V，x方向的输出功率及电压分别为1.4mW和16.7V。图1.3非对称悬臂梁多向压电振动俘能器图1.4双稳态压电悬臂梁振动俘能器模型压电振子非对称质量块压电振子端部质量块压电振子磁铁调距螺丝示波器采集卡PC机信号器功放激振台双稳悬臂梁俘能器负载阻抗压电振子永磁铁
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合梯形压电悬臂梁能量收集器的特性研究[J]. 陈文科,靳伍银,曹卉,王安. 哈尔滨工程大学学报. 2019(06)
[2]基于磁化电流法的双稳压电悬臂梁磁力精确分析[J]. 张雨阳,冷永刚,谭丹,刘进军,范胜波. 物理学报. 2017(22)
[3]双端磁耦合式压电振动俘能器结构设计[J]. 董新博,刘海鹏,陈林雄,高世桥. 压电与声光. 2017(05)
[4]双稳态压电悬臂梁发电系统的动力学建模及分析[J]. 孙舒,曹树谦. 物理学报. 2012(21)
[5]悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获的随机共振机理研究[J]. 陈仲生,杨拥民. 物理学报. 2011(07)
[6]复合型悬臂梁压电振子振动模型及发电试验研究[J]. 袁江波,谢涛,单小彪,陈维山. 机械工程学报. 2010(09)
本文编号：3049508
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