当前位置:主页 > 科技论文 > 电力论文 >

双自由度压电振动能量采集器的力-电输出特性分析

发布时间:2018-02-05 03:36

  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】

相关期刊论文 前6条

1 王光庆;金文平;展永政;陆跃明;;压电振动能量采集器的力电耦合模型及其功率优化[J];传感技术学报;2013年08期

2 展永政;王光庆;;压电双晶连接形式对振动发电机力电输出特性的影响[J];功能材料与器件学报;2014年01期

3 范兆凯;刘军考;陈维山;;宽频压电俘能技术的研究综述[J];机械设计与制造;2014年01期

4 王宏金;孟庆丰;;压电振动能量收集器的等效电路建模分析与实验验证[J];西安交通大学学报;2013年10期

5 Hong-yan WANG;Li-hua TANG;Yuan GUO;Xiao-biao SHAN;Tao XIE;;一种两自由度的压电-电磁复合能量收集器(英文)[J];Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering);2014年09期

6 陈仁文;任龙;夏桦康;王昊;;多方向宽频带压电式振动能量采集器研究进展[J];仪器仪表学报;2014年12期

相关博士学位论文 前3条

1 朱莉娅;压电多方向振动能量收集结构及其充电控制方法研究[D];南京航空航天大学;2012年

2 孙舒;双稳态压电悬臂梁发电系统的动力学特性研究[D];天津大学;2013年

3 王红艳;梁结构压电及压电电磁复合俘能器模型的建立与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

相关硕士学位论文 前9条

1 彭书涛;d_(31)模式悬臂梁压电换能器致动和俘能性能的理论分析[D];湘潭大学;2012年

2 范兆凯;流体耦合压电俘能器的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

3 刘承玺;压电—电磁复合发电技术及其实验研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

4 凌荣华;磁力耦合式压电振动俘能器的研究[D];浙江师范大学;2013年

5 顾卿峗;新型电容式微型振动能量采集器的结构设计与研究[D];扬州大学;2013年

6 单鑫;半电极含金属芯压电纤维能量收集研究与优化设计[D];中国科学技术大学;2014年

7 徐春辉;压电式低频振动能量采集系统的研究[D];西安电子科技大学;2014年

8 刘颖;基于压电效应的低频宽频带振动能量采集器研究[D];太原理工大学;2014年

9 梅靖羚;PZT压电材料d_(31)模式串联结构悬臂梁俘能性能研究[D];湘潭大学;2014年

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 唐刚;刘景全;马华安;柳和生;;微型压电振动能量采集器的研究进展[J];机械设计与研究;2010年04期

2 李伟;车录锋;王跃林;;横向电磁式振动能量采集器的设计与制作[J];光学精密工程;2013年03期

3 陈宏;袁浩东;张帅伟;侯亚丁;赵营豪;;基于振动能量的设备状态评价方法研究[J];机械设计与制造;2013年02期

4 王佩红;戴旭涵;方东明;赵小林;;微型电磁式振动能量采集器的设计和电磁特性仿真研究[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2008年04期

5 侯志伟;陈仁文;刘祥建;;多方向压电振动能量收集装置及其优化设计[J];振动与冲击;2012年16期

6 赵志刚;丁旭升;刘福贵;杨茁萌;;微型电磁式振动能量采集器的结构设计与仿真研究[J];电工技术学报;2012年08期

7 刘成龙;孟爱华;陈文艺;李厚福;宋红晓;;振动能量收集技术的研究现状与发展趋势[J];装备制造技术;2013年12期

8 伍先俊;朱石坚;;振动能量流的计算方法研究[J];农业工程学报;2006年03期

9 代显智;;实现低功耗设备自供电的振动能量采集技术[J];科技信息;2011年17期

10 展永政;王光庆;;压电振动能量采集器的性能分析与功率优化[J];浙江大学学报(工学版);2014年07期

相关会议论文 前9条

1 张文明;;微型振动能量采集器的研究进展[A];第四届全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2010年

2 陈忱;李天匀;朱翔;陈浩森;;载流压力管路振动能量流的理论与试验研究[A];第十六届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2013年

3 曾国华;孔建益;李公法;杨金堂;蒋国璋;熊禾根;;充液管道系统振动能量流研究[A];12省区市机械工程学会2006年学术年会湖北省论文集[C];2006年

4 李公法;孔建益;幸福堂;王兴东;刘怀广;刘源l,

本文编号:1492007


资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/1492007.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户b4209***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com