压电自供电遥控装置结构设计及电路优化研究
发布时间：2021-07-18 18:09
无线遥控装置广泛应用于现代生活中,已经成为不可缺少的便携式电子产品。除了用于家用电子产品的控制外,无线遥控装置还广泛应用于军事、工业以及汽车行业等。一直以来,无线遥控装置的供电来源皆为传统化学电池,但是传统化学电池体积大,特定工作环境中更换不便,而且废弃电池回收不当还会造成严重的环境污染。面对全球早已日渐严峻的生态环境,人们开始寻找新的环保、节能的替代品。目前,在已有的几类能量回收技术（太阳能、电磁、静电以及压电）中,由于压电材料在产生能源的过程中,体现出其可持续回收与发展、能源产生效能高的明显优势,已得到广泛的研究和应用。本文主要针对压电自供电遥控装置在低频振动下能量产生效率和其能量收集电路两个部分的性能,设计制作了不同的压电发电装置以及对能量收集电路进行了优化,在此基础上设计了压电自供电遥控装置并进行了仿真与实验研究。本文首先介绍了压电陶瓷材料及压电振子主要采用的模型,由于销钉力模型（PinForce Model）和改进销钉力模型（Enhanced Pin-Force Model）具有一定的局限性和不足,不能得到精确的分析结果,所以在几种模型中选择考虑了多种影响因素的欧拉伯努利模型...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
欧拉伯努利模型
吉林大学硕士学位论文4i=1iirinaaababbi=1aabbirinz(E/E)A(h/2)h(E/E)+(h+(h/2))hZs==h(E/E)+h(E/E)A………(1.1)其压电材料产生的应变为：2424226()b[2(232)]baabaaabbaabbaabbMEhhhEhEhEhEhhhhh…………(1.2)压电材料所受的应力为：2424226()b[2(232)]abaabaaabbaabbaabbMEEhhhEhEhEhEhhhhh…………(1.3)美国乔治亚理工学院AlperErturk提出了一个通用框架，用于具有对称和不对称层压板的压电能量收集器的机电建模[40]。利用Euler–BernoulliModel给出了压电能量收集器机电推导公式。这些公式在所有情况下都考虑了独立的轴向位移变量及其机电耦合。比较了对称层压板的解析解，并显示了随着模数增加，假设模态解与解析解的收敛性。（2）Pin-ForceModelPin-ForceModel是为了处理复合梁压电振子弯曲问题，所诞生的最早的一个模型，如图1.2所示，假设压电振子和基板是两个末端，并由销钉连接在一起的独立个体[41]。基板内部的所受应力呈线性分布，由欧拉伯努利模型导出，压电材料所受的应力由基板的弯曲引起并被认定为常数。但是，该模型具有一定的局限性，因为销钉力模型只考虑了基板的弯曲变形而忽略了压电材料的弯曲变形，其适合于细长压电振子。图1.2销钉力模型
第1章绪论5通过应力与应变的关系，压电材料的应变公式可表示为：aaaE…………………………………………(1.4)上式中，压电材料杨氏模量可用aE表示。如果压电发电装置的宽度为b，那么压电材料所受应变可表示为：aaaFEbh………………………………………(1.5)上式中，外部弯矩M是导致压电发电装置受外力F作用的原因：263aaaabbbEbhMFEhhEh…………………………………(1.6)上述公式中，压电发电装置基板的截面惯性矩为bI，基板材料杨氏模量为bE。为了便于从桥梁中收集能量。韩国的Sang-HyoKim等人制作了钢梁平板式桥梁模型，并将压电能量收集模块固定在不同的位置，在桥梁上行驶的车辆作用下，它们的结构响应会有所不同。测试结果表明，压电能量收集效率受附着在桥构件上的压电材料的应变增加速率和峰值应变的敏感影响，而这取决于桥上移动车辆的移动速度和重量。（3）EnhancedPin-ForceModel在Pin-ForceModel的基础上进行改进得到EnhancedPin-ForceModel，压电材料和基板沿着各自的中性轴弯曲，考虑了压电材料的抗弯刚度，其应变呈线性分布，其实质仍是基板末端和压电材料由销钉连接在一起的两个独立个体，如图1.3所示。与Pin-ForceModel模型相比，它更接近实际模型，改进时考虑了更多影响因素，但仍具有局限性和不完善的部分，暂时还不能得到精确的分析结果。图1.3改进销钉力模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线传感器网络应用综述[J]. 薛波. 通讯世界. 2017(01)
[2]压电材料的研究发展方向和现状[J]. 盖学周. 中国陶瓷. 2008(05)
[3]压电陶瓷应用研究进展[J]. 程院莲,鲍鸿,李军,李小亚. 中国测试技术. 2005(02)
[4]压电复合材料的现状与展望[J]. 甘国友,严继康,孙加林,陈敬超,张家涛. 功能材料. 2000(05)
[5]压电材料的发展及应用[J]. 张传忠. 压电与声光. 1993(03)
博士论文
[1]基于压电能量收集的集成电路的研究与设计[D]. 吴了.湖南大学 2017
硕士论文
[1]无源压电开关控制器的研究[D]. 梁卫卫.电子科技大学 2014
[2]压电自供电无线遥控器的研究[D]. 付晓庆.吉林大学 2012
[3]压电供电式红外遥控器的研究[D]. 朱永华.吉林大学 2007
本文编号：3290096
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
欧拉伯努利模型
吉林大学硕士学位论文4i=1iirinaaababbi=1aabbirinz(E/E)A(h/2)h(E/E)+(h+(h/2))hZs==h(E/E)+h(E/E)A………(1.1)其压电材料产生的应变为：2424226()b[2(232)]baabaaabbaabbaabbMEhhhEhEhEhEhhhhh…………(1.2)压电材料所受的应力为：2424226()b[2(232)]abaabaaabbaabbaabbMEEhhhEhEhEhEhhhhh…………(1.3)美国乔治亚理工学院AlperErturk提出了一个通用框架，用于具有对称和不对称层压板的压电能量收集器的机电建模[40]。利用Euler–BernoulliModel给出了压电能量收集器机电推导公式。这些公式在所有情况下都考虑了独立的轴向位移变量及其机电耦合。比较了对称层压板的解析解，并显示了随着模数增加，假设模态解与解析解的收敛性。（2）Pin-ForceModelPin-ForceModel是为了处理复合梁压电振子弯曲问题，所诞生的最早的一个模型，如图1.2所示，假设压电振子和基板是两个末端，并由销钉连接在一起的独立个体[41]。基板内部的所受应力呈线性分布，由欧拉伯努利模型导出，压电材料所受的应力由基板的弯曲引起并被认定为常数。但是，该模型具有一定的局限性，因为销钉力模型只考虑了基板的弯曲变形而忽略了压电材料的弯曲变形，其适合于细长压电振子。图1.2销钉力模型
第1章绪论5通过应力与应变的关系，压电材料的应变公式可表示为：aaaE…………………………………………(1.4)上式中，压电材料杨氏模量可用aE表示。如果压电发电装置的宽度为b，那么压电材料所受应变可表示为：aaaFEbh………………………………………(1.5)上式中，外部弯矩M是导致压电发电装置受外力F作用的原因：263aaaabbbEbhMFEhhEh…………………………………(1.6)上述公式中，压电发电装置基板的截面惯性矩为bI，基板材料杨氏模量为bE。为了便于从桥梁中收集能量。韩国的Sang-HyoKim等人制作了钢梁平板式桥梁模型，并将压电能量收集模块固定在不同的位置，在桥梁上行驶的车辆作用下，它们的结构响应会有所不同。测试结果表明，压电能量收集效率受附着在桥构件上的压电材料的应变增加速率和峰值应变的敏感影响，而这取决于桥上移动车辆的移动速度和重量。（3）EnhancedPin-ForceModel在Pin-ForceModel的基础上进行改进得到EnhancedPin-ForceModel，压电材料和基板沿着各自的中性轴弯曲，考虑了压电材料的抗弯刚度，其应变呈线性分布，其实质仍是基板末端和压电材料由销钉连接在一起的两个独立个体，如图1.3所示。与Pin-ForceModel模型相比，它更接近实际模型，改进时考虑了更多影响因素，但仍具有局限性和不完善的部分，暂时还不能得到精确的分析结果。图1.3改进销钉力模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线传感器网络应用综述[J]. 薛波. 通讯世界. 2017(01)
[2]压电材料的研究发展方向和现状[J]. 盖学周. 中国陶瓷. 2008(05)
[3]压电陶瓷应用研究进展[J]. 程院莲,鲍鸿,李军,李小亚. 中国测试技术. 2005(02)
[4]压电复合材料的现状与展望[J]. 甘国友,严继康,孙加林,陈敬超,张家涛. 功能材料. 2000(05)
[5]压电材料的发展及应用[J]. 张传忠. 压电与声光. 1993(03)
博士论文
[1]基于压电能量收集的集成电路的研究与设计[D]. 吴了.湖南大学 2017
硕士论文
[1]无源压电开关控制器的研究[D]. 梁卫卫.电子科技大学 2014
[2]压电自供电无线遥控器的研究[D]. 付晓庆.吉林大学 2012
[3]压电供电式红外遥控器的研究[D]. 朱永华.吉林大学 2007
本文编号：3290096
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3290096.html
