变截面压电能量收集器的参数优化及实验研究

发布时间：2023-02-10 08:15

　　伴随着微机电控制系统(MEMS)、无线传感网络(WSN)及微功耗电子器件的迅速发展,基于振动能量收集技术的压电能量收集器成为自供电技术领域的热门问题。为了使无线传感节点能够长期稳定的工作,如何实现对其长期稳定地供电成为亟待解决的问题。因此,开发新型具有无线自供电技术成为研究的热点。为了降低压电能量收集器的固有频率,提高压电能量收集器的输出性能,以实现在低频环境中振动供能需求,本文提出了一种变截面圆形低频压电振动能量收集器结构。首先,通过对悬臂梁式压电能量收集器进行相关理论分析,基于变截面圆形压电能量收集器的模型参数,分析了压电能量收集器的工作环境及输出性能的主要影响因素;根据正交试验法优化结构参数,其中包括:结构固有频率小,输出电压大,优化变截面圆形压电能量收集器的尺寸参数,并对其进行特性分析。其次,根据变截面压电能量收集器的尺寸参数,制作变截面能量收集器试件,搭建实验平台测试系统,对变截面圆形压电能量收集器的输出电压及输出功率进行测试;实验结果表明:在四个阵列结构并联整流输出功率可达到0.213mW,满足为微功耗器件供电的要求。最后,通过本能量收集器搭建无线压力传感的供电系统,验证了...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 振动能量收集技术
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 压电能量收集结构的研究
        1.3.2 压电能量收集电路的研究
    1.4 压电能量收集技术的应用
    1.5 本文的主要研究内容和结构安排
2 悬臂梁式压电能量收集器系统的理论分析
    2.1 压电材料本构方程
    2.2 悬臂梁式压电能量收集器的振动方程
    2.3 悬臂梁式能量收集器的机电耦合方程
    2.4 压电能量收集转换电路分析
    2.5 本章小结
3 变截面压电能量收集器的结构及参数优化
    3.1 变截面压电能量收集器的有限元分析
        3.1.1 不同形状压电振子悬臂梁式能量收集器动力学特性分析
        3.1.2 变截面圆形压电能量收集器的结构
    3.2 基于正交试验变截面圆形压电能量收集器的参数优化
        3.2.1 变截面圆形压电能量收集器的正交试验方案设计
        3.2.2 变截面圆形压电能量收集器的正交试验结果分析
        3.2.3 变截面圆形压电能量收集器的尺寸大小确定
    3.3 变截面圆形压电能量收集器的特性分析
    3.4 本章小结
4 变截面圆形压电能量收集器实验研究
    4.1 变截面圆形压电能量收集器的制作
    4.2 变截面圆形压电能量收集器的实验研究
        4.2.1 变截面圆形压电能量收集器的输出电压测试
        4.2.2 变截面圆形压电能量收集器的输出功率测试
    4.3 变截面圆形压电能量收集器的收集电路研究
    4.4 变截面圆形压电能量收集器的测试系统
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简介及攻读期间取得的研究成果



本文编号：3739344