宽频能量采集器的制作及性能研究

发布时间：2023-05-18 03:44

　　物联网的发展使得微电子设备趋向于低功耗化,故利用新型环境能量收集技术进行自供电逐渐成为了可能。其中振动能量是应用最为广泛的能量之一。目前压电式振动能量收集器大都是线性的,带宽较窄,应用范围受到较大限制。故本文主要开展宽频振动能量收集器的研究,以拓展压电式振动能量收集器的适用范围。本文结合非线性振动理论制备出宽频能量收集器。该能量收集器是以钛为基底,采用了改进的浸渍提拉法在基底表面制备出一层PZT薄膜,并对其进行极化。为了实现拓宽带宽的目的,悬臂梁的长度、宽度和厚度分别设计为20mm,12mm和50μm,且在悬臂梁末端附着一个重为0.6422g的质量块。当激振加速度为2m/s²时,在提升频率和降低频率的过程中,能量收集器分别在16Hz和14.3Hz发生了能量收集效率突然上升的现象,并在一定频率宽度内仍保持较高的效率,该频率宽度为1.7Hz。另外,当负载为68kΩ时,其最大输出功率为0.406μW。本文还定性分析了激振加速度、悬臂梁长度和质量块质量对能量收集器的影响。实验发现,激振加速度作为外在因素,它只与能量收集器的输出电压幅值成正比。而悬臂梁长度和质量块质量作为内...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究目的和意义
    1.4 本文的工作内容
第二章 基础理论
    2.1 压电理论
        2.1.1 压电效应与压电方程
    2.2 振动能量收集器的结构
        2.2.1 压电悬臂梁的频率特性
        2.2.2 悬臂梁的固有频率
    2.3 非线性振动理论
        2.3.1 非线性振动的定性描述
        2.3.2 非线性振动的定量描述
    2.4 非线性振动能量收集器的影响因素
        2.4.1 外激励的影响
        2.4.2 材料设计
    2.5 本章小结
第三章 振动能量收集器的制备
    3.1 薄膜制备的技术选择以及改进
        3.1.1 薄膜制备的技术选择
        3.1.2 薄膜制备流程图
        3.1.3 薄膜制备方案的改进
    3.2 PZT溶液的制备
        3.2.1 原料试剂的选用
        3.2.2 原料试剂的配比和用量
        3.2.3 PZT溶液的配制
    3.3 PZT薄膜制备
        3.3.1 PZT薄膜制备前的准备过程
        3.3.2 PZT薄膜制备过程
    3.4 镀电极与极化
    3.5 PZT薄膜形态表征
        3.5.1 XRD介绍
        3.5.2 XRD测试
    3.6 本章小结
第四章 基于非线性振动的压电式能量收集器的性能研究
    4.1 宽频能量收集器的制备
    4.2 搭建测试系统
    4.3 能量收集器的理论分析
    4.4 器件发电性能分析以及比较
        4.4.1 器件工作频率的测量
        4.4.2 器件的输出功率测试
        4.4.3 性能对比
    4.5 本章小结
第五章 定性分析宽频能量收集器的影响因素
    5.1 分析激振的加速度对能量收集器的影响
        5.1.1 理论分析激振加速度对能量收集器的影响
        5.1.2 定性分析实验中激振加速度的实际影响
    5.2 分析悬臂梁的长度对能量收集器的影响
        5.2.1 理论分析悬臂梁的长度对能量收集器的影响
        5.2.2 定性分析实验中悬臂梁长度的实际影响
    5.3 分析质量块的质量的影响
        5.3.1 理论分析质量块的质量对能量收集器的影响
        5.3.2 定性分析实验中质量块的质量的实际影响
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
参考文献
附录 攻读硕士学位期间撰写的专利和论文
致谢



本文编号：3818604