可调频双稳态压电俘能器的动力学分析与实验研究
发布时间：2021-07-10 17:40
振动能量广泛存在于生产生活中的方方面面,大到海浪冲击堤岸和各种工程机械在施工过程中产生的振动,小到桥梁在车辆经过时产生的振动以及车辆本身产生的振动。如果将振动能量收集并进行转化,将具有十分可观的前景。由于振动能量的采集不会受到天气、温度、湿度和光线等外界因素影响,成为目前能量采集研究的热点之一。研究表明,当环境中的振动频率等于或接近俘能器的固有频率的时候,系统产生最大的振动幅值,此时输出电能达到最大。然而传统俘能器的固有频率是固定不变的,真实环境中的振动频率却不断变化。如果俘能器固有频率与环境振动频率不匹配,系统就不能达到有效的工作状态,输出的电量就会大大降低。如何保证俘能器在外界环境振动频率发生改变的情况下依然能够达到共振状态,学者们进行了广泛的研究,提出了一系列的方案。目前国内外学者提出解决环境振动频率匹配的方案大致可以分为两大类:拓宽俘能器的工作带宽,使其在宽频激励的环境中能够有效的工作;根据外部激励环境的变化,调节俘能器的固有频率,使其与环境中的激励频率相匹配,从而达到共振状态。基于此,本文提出了一种可调频双稳态压电俘能方法,并进行了相关的实验研究。主要研究内容概括如下:（1）...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含有弹簧的多悬臂梁压电振子Fig.1-1Multi-cantileverpiezoelectricvibratorwithspring
[27-31]。图1-2 多频率共振压电悬臂梁Fig.1-2 Multi-frequency resonant piezoelectric cantilever1.2.2 双稳态压电俘能器研究进展双稳态振动是非线性振动的形式之一，压电振动俘能器要想产生双稳态，必要条件是系统内必须含有非线性恢复力，这个力可以由磁铁之间的磁力提供，也可以由物体机构的屈曲变形产生。Friswell[32]等研究了下端固定在一可移动滑块、上端带有质量块的压电悬
其相图和分叉图发现在简谐激励下系统会出现双稳态特性，实现结果表明这种结构在低频环境下输出功率明显高于线性系统。图1-3 磁铁-梁结构振动俘能器 图1-4 双稳态压电振子模型Fig.1-3 Magnet-beam vibration energy harvester Fig.1-4 Bi-stable piezoelectric vibrator modelErtuk[33-34]等在 Moon 和 Holmes[35]的模型基础之上设计了磁铁-梁结构的压电俘能器，如图 1-4 所示。该结构中的梁的末端与斜下方的两块磁铁之间有磁力作用，同时梁本身也具有一定的弹性恢复力。当系统受到简谐激励时，梁会产生一定幅度的摆动，梁末段不断在两个磁铁之间来回运动，当激励频率处于 5-8Hz 的范围内时，系统产生的平均输出功率为 1.2-10mW，比线性俘能器的效率高 8 倍。但是在这个模型中，由于磁铁的位置是固定的
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性宽频压电振动能量采集器的研究[J]. 王光庆,杨斌强,徐文潭,李萧均,廖维新. 仪器仪表学报. 2016(01)
[2]一种可调频的压电式振动能量采集器[J]. 孙晓阳,王佩红,王卓,夏志伟,岳鑫,丁旋,石市委. 微纳电子技术. 2014(08)
[3]自调谐宽频带压电振动发电机的改进[J]. 朱莉娅,陈仁文,刘祥建,隆志远. 南京航空航天大学学报. 2012(03)
[4]激励环境下悬臂梁式压电振动发电机性能分析[J]. 闫震,何青. 中国电机工程学报. 2011(30)
[5]微型振动式压电发电机的设计与特性分析[J]. 邱清泉,肖立业,辛守乔,黄天斌,朱志芹,张国民. 电机与控制学报. 2011(07)
[6]小口径感应储能引信低功耗设计[J]. 吴志亮,张合. 弹道学报. 2010(01)
[7]多悬臂梁压电振子频率分析及发电实验研究[J]. 谢涛,袁江波,单小彪,陈维山. 西安交通大学学报. 2010(02)
[8]超级电容在电动车中的应用研究[J]. 曹秉刚,曹建波,李军伟,续慧,许鹏. 西安交通大学学报. 2008(11)
[9]新型压电驱动机电耦合动力学系统分析与建模[J]. 宾洋,杨东超,陈娜娜,陈恳. 电机与控制学报. 2008(02)
[10]微型压电陶瓷振动发电技术研究综述[J]. 齐洪东,杨涛,岳高铭,韩宾,胡莉. 传感器与微系统. 2007(05)
硕士论文
[1]碳基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 安宏泽.哈尔滨工程大学 2014
[2]压电发电装置的能量转换及存储特性研究[D]. 贾杰.吉林大学 2008
本文编号：3276372
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含有弹簧的多悬臂梁压电振子Fig.1-1Multi-cantileverpiezoelectricvibratorwithspring
[27-31]。图1-2 多频率共振压电悬臂梁Fig.1-2 Multi-frequency resonant piezoelectric cantilever1.2.2 双稳态压电俘能器研究进展双稳态振动是非线性振动的形式之一，压电振动俘能器要想产生双稳态，必要条件是系统内必须含有非线性恢复力，这个力可以由磁铁之间的磁力提供，也可以由物体机构的屈曲变形产生。Friswell[32]等研究了下端固定在一可移动滑块、上端带有质量块的压电悬
其相图和分叉图发现在简谐激励下系统会出现双稳态特性，实现结果表明这种结构在低频环境下输出功率明显高于线性系统。图1-3 磁铁-梁结构振动俘能器 图1-4 双稳态压电振子模型Fig.1-3 Magnet-beam vibration energy harvester Fig.1-4 Bi-stable piezoelectric vibrator modelErtuk[33-34]等在 Moon 和 Holmes[35]的模型基础之上设计了磁铁-梁结构的压电俘能器，如图 1-4 所示。该结构中的梁的末端与斜下方的两块磁铁之间有磁力作用，同时梁本身也具有一定的弹性恢复力。当系统受到简谐激励时，梁会产生一定幅度的摆动，梁末段不断在两个磁铁之间来回运动，当激励频率处于 5-8Hz 的范围内时，系统产生的平均输出功率为 1.2-10mW，比线性俘能器的效率高 8 倍。但是在这个模型中，由于磁铁的位置是固定的
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性宽频压电振动能量采集器的研究[J]. 王光庆,杨斌强,徐文潭,李萧均,廖维新. 仪器仪表学报. 2016(01)
[2]一种可调频的压电式振动能量采集器[J]. 孙晓阳,王佩红,王卓,夏志伟,岳鑫,丁旋,石市委. 微纳电子技术. 2014(08)
[3]自调谐宽频带压电振动发电机的改进[J]. 朱莉娅,陈仁文,刘祥建,隆志远. 南京航空航天大学学报. 2012(03)
[4]激励环境下悬臂梁式压电振动发电机性能分析[J]. 闫震,何青. 中国电机工程学报. 2011(30)
[5]微型振动式压电发电机的设计与特性分析[J]. 邱清泉,肖立业,辛守乔,黄天斌,朱志芹,张国民. 电机与控制学报. 2011(07)
[6]小口径感应储能引信低功耗设计[J]. 吴志亮,张合. 弹道学报. 2010(01)
[7]多悬臂梁压电振子频率分析及发电实验研究[J]. 谢涛,袁江波,单小彪,陈维山. 西安交通大学学报. 2010(02)
[8]超级电容在电动车中的应用研究[J]. 曹秉刚,曹建波,李军伟,续慧,许鹏. 西安交通大学学报. 2008(11)
[9]新型压电驱动机电耦合动力学系统分析与建模[J]. 宾洋,杨东超,陈娜娜,陈恳. 电机与控制学报. 2008(02)
[10]微型压电陶瓷振动发电技术研究综述[J]. 齐洪东,杨涛,岳高铭,韩宾,胡莉. 传感器与微系统. 2007(05)
硕士论文
[1]碳基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 安宏泽.哈尔滨工程大学 2014
[2]压电发电装置的能量转换及存储特性研究[D]. 贾杰.吉林大学 2008
本文编号：3276372
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