低频宽频带压电振动能量收集技术的研究
发布时间：2021-09-30 22:59
目前低功耗电子器件大多数采用传统的化学电池供电,但频繁的更换电池会增加额外的维护成本甚至在某些特定环境下不易实施。在这种情况下,研制可为微型化低功耗设备持续供能的系统就变得尤为重要。压电式振动能量采集器因其易于集成、能量密度高等诸多优点,已成为国际上微能源研究追捧的对象。本文通过对悬臂梁式压电振动能量采集技术的研究,设计了能在低频、宽频带条件下高效收集振动能量的六阶折叠悬臂梁压电振动能量收集器和带弹性支撑的压电振动能量收集器。六阶折叠悬臂梁压电振动能量收集器由折叠的六阶梯形悬臂梁、质量块和压电片组成。此设计为收集器提供了更低的固有谐振频率和更紧凑的谐振峰值,这使得收集器具有更多的可用谐振模态,能够在日常振动环境中高效收集振动能量。与此同时,折叠的悬臂梁延伸了整个梁的等效长度,使结构在固定端产生更大的应变,促进了粘贴在固定端附近的压电片产生更高的输出电压。带弹性支撑的压电振动能量收集器由两个弹性支撑、一个U型支架和一片压电片构成,弹性支撑又由普通办公室用皮筋和质量块构成。通过调整弹性支撑可以减小整个结构的等效劲度系数,最终在较低频率范围内产生一个新的谐振峰值并且明显降低悬臂梁的谐振频率。...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Joseph设计的“跳蚤节点”
（a） 商用挤压式发电机 （b）无飞轮鞋发电机图1.2 Paradiso 等设计的两种鞋发电机2003 年 Elvin 等人研究了单个压电元件作为传感器和电源的能力。由于压电陶瓷材料产生的电压与施加到材料上的应变成比例，因此该装置可用作应变传感器。他们制作了 PVDF 传感器和能量收集机并将其安装到要监控的梁上。传感器能够测量梁中的应变，然后可以用来识别裂缝形式的梁损伤，根据传感器报告的应变值，确定裂缝深度。无线传输功能被整合到系统中以用于通信目的。另外，被传输的传感器数据显示出准确预测裂缝深度的能力。该研究成功地证明了使用单个压电元件作为传感器和电源的可能性，并且可用于自供电损伤检测单元[35]。Roundy 和 Wright 在 2004 年开发了一种小型压电悬臂发电机，用于为定制无线电发射机供电。考虑到大多数无线传感器节点的尺寸，发电机的总体积设计为 1cm3。无线电发射器在 1.2 V 时消耗 10 mA 电流，能够在 10 m 距离内传输 1.9 GHz 信号。他们的研究表明，对于频率为 120 Hz 且加速度为 2.5 m/s2的振动激励，压电发电机能够将存储电容器充电到足以使发射器工作的水平[36]。
图1.3 Paradiso 和 Feldmeier 发明的自供电 RF 发射器du Plessis 等人研究了利用压电悬臂从机械振动中获取能量以电的可能性。传感器节点由六个部件组成，包括处理器，能存储模块，功率转换电路和通信模块。该研究涉及到用来进行泵。油泵的固有频率为 130Hz，因此将压电悬臂的谐振频率也行测试。在 100Hz 下输入 700με 应变的激励时，悬臂能够产研究证明了压电悬臂能够产生足够的功率并承受足够的应变以器节点[38]。开发了一种用于自供电全膝关节置换装置的体内压电能量收集膝盖中的异常现象，例如施加在关节上的异常高的压力，骨机供监测电路运行所需的电力。他们制作了一个实验模型，将监个全膝关节置换单元中。使用 600N 的激励对制作的装置进行mW 的瞬态输出功率和 0.85mW 的稳定输出功率。结果表明，满足其功率需求[39]。
本文编号：3416792
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Joseph设计的“跳蚤节点”
（a） 商用挤压式发电机 （b）无飞轮鞋发电机图1.2 Paradiso 等设计的两种鞋发电机2003 年 Elvin 等人研究了单个压电元件作为传感器和电源的能力。由于压电陶瓷材料产生的电压与施加到材料上的应变成比例，因此该装置可用作应变传感器。他们制作了 PVDF 传感器和能量收集机并将其安装到要监控的梁上。传感器能够测量梁中的应变，然后可以用来识别裂缝形式的梁损伤，根据传感器报告的应变值，确定裂缝深度。无线传输功能被整合到系统中以用于通信目的。另外，被传输的传感器数据显示出准确预测裂缝深度的能力。该研究成功地证明了使用单个压电元件作为传感器和电源的可能性，并且可用于自供电损伤检测单元[35]。Roundy 和 Wright 在 2004 年开发了一种小型压电悬臂发电机，用于为定制无线电发射机供电。考虑到大多数无线传感器节点的尺寸，发电机的总体积设计为 1cm3。无线电发射器在 1.2 V 时消耗 10 mA 电流，能够在 10 m 距离内传输 1.9 GHz 信号。他们的研究表明，对于频率为 120 Hz 且加速度为 2.5 m/s2的振动激励，压电发电机能够将存储电容器充电到足以使发射器工作的水平[36]。
图1.3 Paradiso 和 Feldmeier 发明的自供电 RF 发射器du Plessis 等人研究了利用压电悬臂从机械振动中获取能量以电的可能性。传感器节点由六个部件组成，包括处理器，能存储模块，功率转换电路和通信模块。该研究涉及到用来进行泵。油泵的固有频率为 130Hz，因此将压电悬臂的谐振频率也行测试。在 100Hz 下输入 700με 应变的激励时，悬臂能够产研究证明了压电悬臂能够产生足够的功率并承受足够的应变以器节点[38]。开发了一种用于自供电全膝关节置换装置的体内压电能量收集膝盖中的异常现象，例如施加在关节上的异常高的压力，骨机供监测电路运行所需的电力。他们制作了一个实验模型，将监个全膝关节置换单元中。使用 600N 的激励对制作的装置进行mW 的瞬态输出功率和 0.85mW 的稳定输出功率。结果表明，满足其功率需求[39]。
本文编号：3416792
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