基于ZnO的梁型振动能量收集器力学特性及能量采集研究

发布时间：2022-10-11 11:43

　　振动能量收集器可以有效解决微功耗元件的供能问题,支持现代社会的可持续发展。然而目前很少有学者将振动能量收集器的关键元件聚焦于内阻更小、绿色无毒且在光电领域有明显优势的氧化锌（ZnO）薄膜。本文针对基于ZnO薄膜的悬臂梁结构振动能量收集器进行研究:根据压电效应与压电晶体的机电转换模式、相关的边界条件确定了相应的压电方程,结合“弹簧-阻尼-质量块”振动模型建立了压电能量收集系统的模型,推导了压电元件所产生的电压与施加的振动幅值之间的关系式,分析了悬臂梁的模态频率、系统的阻尼、ZnO的物理性能对压电元件两端的输出电压的影响规律。基于悬臂梁振动能量收集器,利用压电耦合分析得出了振动能量收集器的相关尺寸与谐响应结果,为确定最佳ZnO薄膜厚度与最优正弦激励水平,从而提高振动能量收集器的转化效率提供了依据。探究了不同工艺参数条件制得的ZnO薄膜的性能。测试了ZnO薄膜的表面形貌、晶轴取向生长的强度,分析了不同工艺参数对ZnO薄膜的晶粒直径与c轴取向的相对强度的影响规律。设计了振动能量收集实验系统,揭示了不同性能的ZnO薄膜对振动能量收集器的电压输出与功率输出的影响规律。推导了传统能量采集电路（SEH... 

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 压电能量收集器的研究进展
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 能量收集系统模型建立与ZnO薄膜制作工艺
    2.1 压电效应及压电晶体机电转换类型
    2.2 压电方程
    2.3 压电能量收集系统的模型
    2.4 ZnO薄膜的制备工艺研究
    2.5 本章小结
第3章 振动能量收集器的压电仿真分析
    3.1 引言
    3.2 有限元模型建立与参数确定
    3.3 压电振动能量收集器结构参数确定与模态分析
    3.4 压电振动能量收集器的谐响应分析
    3.5 本章小结
第4章 振动能量收集器的实验研究
    4.1 引言
    4.2 ZnO薄膜的性能研究
        4.2.1 不同溅射参数对ZnO薄膜表面粗糙度的影响
        4.2.2 不同溅射参数对ZnO薄膜晶轴取向的影响
    4.3 基于ZnO薄膜的压电元件的制作与实验系统组成
        4.3.1 基于ZnO薄膜的压电元件的制作
        4.3.2 实验系统的组成
    4.4 不同特性ZnO薄膜输出电压实验研究
    4.5 本章小结
第5章 能量采集电路的输出功率分析与实验研究
    5.1 引言
    5.2 能量提取电路的理论分析
    5.3 改善能量采集电路的电能提取效率
        5.3.1 并联电感能量提取电路
        5.3.2 串联电感能量提取电路
    5.4 改善能量采集电路的输出波动
    5.5不同能量采集电路的功率输出实验
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3690510