双自由度压电振动能量采集器的力-电输出特性分析
本文关键词: 振动能量采集器 压电材料 宽频带 双自由度 力-电耦合模型 出处:《振动工程学报》2014年06期 论文类型:期刊论文
【摘要】:在单自由度悬臂梁压电振动能量采集器模型基础上增加一个弹性放大器,构造形成了具有双自由度的压电振动能量采集器。利用ANSYS有限元软件建立了双自由度压电能量采集器的有限元力-电耦合模型,数值分析了模型中各参数(如质量比、阻尼比以及负载电阻等)对系统力特性(速度、加速度等)和电输出特性(电压、电流、输出功率等)的影响。研究结果表明:大的质量比和小的阻尼比能够提高压电悬臂梁能量采集器的输出功率,并能拓展其工作频带;短路谐振状态下的匹配电阻能够使能量采集器产生较大的输出电流,而开路谐振状态的匹配电阻能够使能量采集器产生较大的输出电压。研究结果还表明:对于尺寸为50.8mm×31.8mm×0.26mm的悬臂梁基板和50.8mm×31.8mm×0.14mm的压电晶体构成的双自由度系统,在基础加速度40m/s2、频率38Hz的外界振动激励下,系统在负载电阻短路和开路状态下的最大输出功率分别达到4 386.5和4 263.4mW,是单自由度系统的10倍。双自由度系统的频带宽度达到10Hz,是单自由度系统的5倍。
[Abstract]:An elastic amplifier is added to the piezoelectric vibration energy collector model of a single degree of freedom cantilever beam. The piezoelectric vibration energy collector with two degrees of freedom is constructed, and the finite element mechanical-electric coupling model of the piezoelectric energy collector with two degrees of freedom is established by using ANSYS finite element software. The effects of parameters (such as mass ratio, damping ratio, load resistance, etc.) on the system force characteristics (velocity, acceleration, etc.) and electrical output characteristics (voltage, current, etc.) are numerically analyzed. The results show that large mass ratio and small damping ratio can increase the output power of the piezoelectric cantilever energy collector and expand its working frequency band. The matching resistor in the state of short circuit resonance can make the energy collector produce large output current. The matching resistor in the open circuit resonant state can make the energy collector produce larger output voltage. The results also show that:. For the cantilever beam substrate of 50.8mm 脳 31.8mm 脳 0.26mm and piezoelectric crystal of 50.8mm 脳 31.8mm 脳 0.14mm, the system is composed of two degrees of freedom. It is excited by the external vibration of 40 m / s ~ 2 of basic acceleration and 38 Hz of frequency. The maximum output power of the system under the load resistance short circuit and open circuit conditions is 4386.5 and 4263.4 MW, respectively. The frequency band width of the system is 10 Hz and 5 times that of the single degree of freedom system.
【作者单位】: 浙江工商大学信息与电子工程学院;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(51277165) 浙江省自然科学基金资助项目(Y1080037) 浙江省教育厅资助项目(Y201223050) 浙江省高校优秀青年教师资助计划项目 浙江工商大学青年人才基金资助项目
【分类号】:TM619
【正文快照】: 引言便携设备和无线传感器使用传统电池供电,这种电池不仅供能寿命有限、需要频繁更换[1,2],还引起环境污染。能量采集器通过从周围环境(如风能、热能和振动等)获取能量,向超低功率的微处理设备供电。振动能量采集器由于成本低和高功率等特点引起研究者的兴趣。目前,振动机电
【共引文献】
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本文编号:1492007
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