压电振动能量回收系统SSBI接口电路的研究与设计

发布时间：2017-08-14 08:16

  本文关键词：压电振动能量回收系统SSBI接口电路的研究与设计

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【摘要】：能量回收技术对微机电系统和无线传感网络实现低成本、实用化和自动化发展至关重要。自然环境中振动能广泛存在且较易获得,利用能量回收接口技术可以将振动能收集起来并转化成电能使用。基于压电效应的能量回收正是振动能量回收技术中的一种,其具有结构简单、易于小型化,回收功率高,对电子器件不产生电磁干扰,节能环保等优点,可以有效解决电池更换问题及大量的废弃电池带来的严重环境污染。本文针对压电振动能量回收系统的接口电路展开如下研究:1.结合压电方程建立振动能量回收系统的机电耦合模型。2.分析标准、SECE、并联SSHI、串联SSHI四种常用接口电路的工作过程,设计了一种新型的能量回收接口电路—SSBI接口电路,通过计算和理论分析比较了SSBI接口电路与四种常用接口电路在恒定激振位移和恒定激振力条件下回收功率的大小。3.运用Multisim仿真软件实现了五种接口电路回收功率的仿真。4.搭建实验系统平台,通过实验验证了五种接口电路在恒定激振位移条件下回收功率。实验结果表明:SSBI接口电路具有优越的性能,当外接负载大于临界负载后,SSBI接口电路回收功率与负载无关,大小约为SECE接口电路回收功率的2.5倍。
【关键词】：振动 压电片 能量回收 接口电路 回收功率 电路仿真
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM619
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 注释表10-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 课题研究背景12-15
• 1.2 压电能量回收技术国内外研究现状15-23
• 1.2.1 压电能量回收装置15-20
• 1.2.2 压电能量回收接口电路和储能元件20-21
• 1.2.3 能量回收技术应用实例21-23
• 1.3 论文的研究内容与章节安排23-24
• 第二章 压电能量回收系统的机电耦合模型24-33
• 2.1 压电能量回收基础理论24-30
• 2.1.1 压电材料的分类与选型24-25
• 2.1.2 压电效应简介25-26
• 2.1.3 压电性能参数26-29
• 2.1.4 压电方程29-30
• 2.2 机电耦合模型30-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 接口电路设计与仿真33-55
• 3.1 基于Multisim的电路仿真33-34
• 3.2 四种常用接口电路34-44
• 3.2.1 标准接口电路34-36
• 3.2.2 并联SSHI接口电路36-39
• 3.2.3 串联SSHI接口电路39-41
• 3.2.4 SECE接口电路41-44
• 3.3 SSBI接口电路44-50
• 3.3.1 SSBI接口电路工作过程44-45
• 3.3.2 开关的最优导通时间t45-46
• 3.3.3 恒定激振位移下的回收功率46-48
• 3.3.4 恒定激振力下的回收功率48
• 3.3.5 SSBI接口电路仿真48-50
• 3.4 回收功率的分析与比较50-54
• 3.4.1 恒定激振位移条件下的比较50-52
• 3.4.2 恒定激振力条件下的比较52-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 接口电路实验55-66
• 4.1 实验装置与参数设置55-58
• 4.1.1 激光位移传感器56
• 4.1.2 ATmega16 单片机56-58
• 4.1.3 实验系统参数的测量58
• 4.2 实验结果58-65
• 4.2.1 四种接口电路59-62
• 4.2.2 SSBI接口电路62-64
• 4.2.3 实验结果的比较64-65
• 4.3 本章小结65-66
• 第五章 全文总结与展望66-68
• 5.1 全文总结66
• 5.2 研究展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文73

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本文编号：671649