基于Sierpinski分形结构的小型宽带振动换能器的设计与制作

发布时间：2017-07-03 13:09

  本文关键词：基于Sierpinski分形结构的小型宽带振动换能器的设计与制作

  更多相关文章： 能量采集 分形结构 压电材料 振动换能 悬臂梁结构

【摘要】：近年来,随着微电子设备的飞速发展,如何为其网络节点高效地供电已经成为新的研究热点。为了能够克服传统电池和有线电源在各种微型电子器件中存在的问题,能自发采集环境能量的自供能技术越来越受到人们的关注。振动换能器是能够自发地采集环境中的振动能量,并将其转化为电能的发电装置,传统的振动换能器存在频率响应带宽较窄、能量转换不稳定以及能量转换效率不高的问题。针对上述问题,本论文根据分形的结构特征设计了压电振子,利用分形的自相似性与结构多样性增加了能量采集密度,拓宽了频率响应带宽。本论文设计了基于Sierpinski分形的小型宽带压电振子结构。该压电振子结构以分形几何为设计思想,以压电理论和悬臂梁理论为基础。通过对Sierpinski三角分形进行悬臂梁化,设计出三个不同层次的单元结构,不同的单元结构具有不同大小的谐振频率,能够响应环境中不同频率的振动机械能,从而增大了压电换能器的带宽。并且对单元结构的尺寸进行细化调整,避免内部小单元的相互连接。通过对压电振子结构实用性的考虑,对所设计的结构进行了内部节点固定,保证了该分形压电振子的稳定性。本论文制作了基于Sierpinski分形结构的压电振动换能器件。选取表面镀铝的聚偏二氟乙烯薄膜(PVDF)压电材料,采用皮秒微加工设备对压电薄膜进行精确切割,加工出所设计的压电振子结构,利用导电铜框加固后引出导线,再加装有机玻璃保护层进行有效封装,最终制作出尺寸为50mm×50mm的压电振动换能器件。本论文对制作成型的分形压电换能器件进行了实验测试。通过搭建实验平台进行了振动频率与输出电压的实验、周期性扫频实验和振源强度与输出电压的实验,实验结果与预期一致。因此,本文所设计的基于Sierpinski分形结构的压电换能器件具有宽带特性和能量转换稳定性,能够在较小的体积下具备较宽的能量转换带宽。
【关键词】：能量采集 分形结构 压电材料 振动换能 悬臂梁结构
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB535;TM619
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 振动换能器的研究背景7-8
• 1.2 压电式振动能量收集器的工作原理8-10
• 1.3 国内外研究现状10-13
• 1.4 分形结构的压电振动换能器思路13-14
• 1.5 本文主要研究内容14-15
• 第二章 分形几何学与悬臂梁结构理论15-26
• 2.1 分形几何理论基础15-20
• 2.2 压电效应理论基础20-21
• 2.3 悬臂梁结构理论基础21-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 基于分形结构的压电振子的结构设计26-37
• 3.1 Sierpinski分形曲线的概述26-29
• 3.1.1 Sierpinski分形的分类26-28
• 3.1.2 Sierpinski分形的维数28-29
• 3.2 基于Sierpinski分形的结构设计29-36
• 3.2.1 分形悬臂梁的结构设计30-32
• 3.2.2 分形结构的设计优化32-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 基于Sierpinski分形结构的压电换能器的制作37-44
• 4.1 分形结构压电振子的加工制备37-40
• 4.2 分形结构压电原型器件的封装40-42
• 4.3 分形结构压电换能器的能量采集电路42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 分形结构压电振动换能器的实验测试与结果分析44-55
• 5.1 实验装置及平台搭建44-47
• 5.2 分形结构压电振动换能器的性能测试47-52
• 5.2.1 频率与输出电压的实验测试47-49
• 5.2.2 周期性扫频实验测试49-51
• 5.2.3 振源强度与输出电压的实验测试51-52
• 5.3 实验结果分析52-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第六章 总结与展望55-57
• 6.1 本文工作成果总结55-56
• 6.2 未来研究工作展望56-57
• 参考文献57-60
• 附录1 攻读硕士学位期间申请的专利60-61
• 致谢61

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李功伯,徐小荷;矿岩粉碎颗粒分形结构与粉碎能耗的关系[J];金属学报;1993年02期

2 刘松玉,方磊,陈浩东;论我国特殊土粒度分布的分形结构[J];岩土工程学报;1993年01期

3 陈志文,张庶元,李凡庆,谭舜,卢江,陆斌,冀亚飞,吴自勤;钯锗薄膜中分形结构的研究[J];科学通报;1994年20期

4 李小兵;刘莹;;类似荷叶表面分形结构的润湿性研究[J];润滑与密封;2012年06期

5 田堪良,张会礼;论天然沉积砂卵石粒度分布的分形结构[J];西北水资源与水工程;1996年04期

6 王卫乡,吉玉泓,梅宴标,刘颂豪,陈俊芳;激光合成硅粉中的分形结构[J];华南理工大学学报(自然科学版);1996年S1期

7 田堪良,张慧莉,张伯平,扈胜霞;天然沉积砂卵石粒度分布的分形结构研究[J];西北农林科技大学学报(自然科学版);2002年05期

8 魏赛珍,毛祖遂,虞捷,郑永铭,陈晓峰;Ag在低温PVF衬底上气相沉积的分形结构[J];真空科学与技术;1997年06期

9 张昕;黎雅辉;李文兴;李迎松;;一种基于分形结构的UWB天线的设计[J];应用科技;2009年05期

10 卫振海;王梦恕;张顶立;;分形结构土体强度研究[J];岩土力学;2012年03期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 朱晓华;乌恩;;区域旅游景点空间分布的分形结构——以北京市为例[A];《自然地理学与生态建设》论文集[C];2006年

2 王瑞春;郭敬东;曾尤;高明;周本濂;;分形结构金属材料制备初探[A];2000年材料科学与工程新进展（下）——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年

3 李绪强;闫晓庆;孙瑜;李杰;董军;张正龙;郑海荣;;分形结构银纳米表面的荧光增强效应的研究[A];第十六届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2011年

4 李绪强;阎晓庆;孙瑜;李杰;董军;张正龙;郑海荣;;分形结构银纳米表面的荧光增强效应的研究[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年

5 董军;阎晓庆;孙瑜;张正龙;李绪强;李杰;郑海荣;;纳米银颗粒修饰的银分形结构表面的荧光增强效应的研究[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 本报记者 蒋蕾;高科技令新女装锦上添花[N];中国纺织报;2002年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 黄诒蓉;中国股市分形结构的理论研究与实证分析[D];厦门大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 刘瑞华;基于Sierpinski分形结构的小型宽带振动换能器的设计与制作[D];南京邮电大学;2016年

2 钱甜;基于分形结构的微型宽带振动换能器的研究[D];南京邮电大学;2014年

3 柳正球;微型宽带振动换能器分形结构的设计[D];南京邮电大学;2014年

4 丁若尧;基于分形结构的微型宽带振动换能器的设计与制作[D];南京邮电大学;2014年

5 张旭;广义Mandelbrot集的分形结构的研究[D];大连理工大学;2006年

6 刘阳;中国股市分形结构初步分析[D];西南财经大学;2008年

7 吕福胜;基于分形结构宽带电场探头的设计[D];西安电子科技大学;2014年

  本文关键词：基于Sierpinski分形结构的小型宽带振动换能器的设计与制作

  更多相关文章： 能量采集 分形结构 压电材料 振动换能 悬臂梁结构

，

本文编号：513753