三稳态压电能量采集器的动态特性与实验

发布时间：2021-03-24 17:02

　　为了探究三稳态压电振动能量采集器的动力学特性,以磁-机-压电耦合型三稳态压电振动能量采集器（tristable piezoelectric vibration energy harvester,简称TPVEH）为研究对象,利用磁荷法、力平衡和基尔霍夫定律分别建立了采集器末端磁铁与外部磁铁之间的非线性磁力模型和系统集总参数动力学模型。仿真分析了磁铁间距、激励加速度幅值和频率等参数对采集器动力学特性和采集电压的影响。研制了三稳态压电振动能量采集器原理样机,搭建了实验测试平台,实验验证了仿真结果的正确性。研究结果表明,随着激励加速度幅值增大,能量采集器依次经历单稳态、双稳态和三稳态3种运动状态,且三稳态运动时的工作频带和输出性能（位移、速度和采集电压）比双稳态和单稳态时要高。 

【文章来源】：振动.测试与诊断. 2020,40(04)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

三稳态压电振动能量采集器

图1 三稳态压电振动能量采集器其中：μ0为真空磁导率；为向量梯度算子；rBA和rCA分别为磁铁B和C到磁铁A的方向向量；mi(i=A,B,C）为磁铁i的磁偶极矩。

当悬臂梁工作在一阶弯曲振动模态时，三稳态压电能量采集器可以简化为如图3所示的集总参数模型。其中：Meq,Keq和Ceq分别为能量采集器的等效质量、等效刚度和等效阻尼，可用Hamilton原理和Raleigh-Ritz方法得到；θ和Cp分别为压电陶瓷机电耦合系数和静态电容；R为负载；U(t）和V(t）分别为基座振动位移和采集输出电压。假设压电晶片与金属基板为理想粘结，且压电悬臂梁为Euler-Bernoulli梁，做横向弯曲振动（沿z轴方向），则由图3得到三稳态压电能量采集系统的运动控制方程为

【参考文献】：
期刊论文
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[2]宽频压电振动能量采集器的实验研究[J]. 王光庆,岳玉秋,展永政,李萧均,高帅帅.  振动.测试与诊断. 2017(02)
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本文编号：3098067