多自由度宽频带压电—磁电复合式动能采集器研究

发布时间：2017-11-02 06:05

  本文关键词：多自由度宽频带压电—磁电复合式动能采集器研究

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【摘要】：目前,随着微电子技术的发展,无线传感器等低功耗电子器件得到广泛的应用。但这些器件大多分布在环境苛刻、人类难以直接接近的地方,传统供电方式因其自身的弊端已经无法满足上述新兴技术对电能的需求。振动能量作为一种新型环境能量,可以对其进行回收并转换为电能,为特定环境下的无线传感器等器件进行供电。因此,如何对振动能量进行采集并提高利用率已经成为众多研究者们所关注的问题。本文首先对动能采集器的国内外研究现状进行了归纳总结,并对目前的研究所存在的不足之处进行了分析,提出了一种具有宽频带特性的多自由度压电-磁电复合式动能采集器。随后,基于动能采集器的工作原理,设计出了带有弹性放大装置的多自由度动能采集装置,并分析了不同结构参数下其振动放大特性对结构动力学输出性能的影响。换能结构设计中,本文采用了压电-磁电复合式能量转换系统,并对其结构特性进行了仿真与优化。最后,将所设计的结构制作成试验样机,并对其进行性能测试。研究结果显示,该采集器不同的工作频率下出现了两个振动峰值,并且随着结构参数的变化,两个峰值间距缩短,最终形成一个宽频带窗口,验证了采集器的宽频带动能采集特性。通过实验测试进一步得出,与压电或磁电换能系统各自的输出性能相比,压电-磁电复合式换能系统的总体输出性能有所提高。
【关键词】：动能采集 多自由度 宽频带 弹性放大装置 压电-磁电
【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】：2016
【分类号】：TP274.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 研究背景及意义15
• 1.2 国内外研究现状15-27
• 1.2.1 压电式动能采集16-20
• 1.2.2 磁电式动能采集20-25
• 1.2.3 静电式动能采集25-26
• 1.2.4 复合式动能采集26-27
• 1.3 本文主要研究内容27-29
• 第二章 复合式动能采集器的工作原理及理论分析29-51
• 2.1 拾振系统的物理模型分析29-46
• 2.1.1 单自由度拾振系统物理模型分析29-39
• 2.1.1.1 单自由度有阻尼系统的自由振动29-33
• 2.1.1.2 简谐力激励下的受迫振动33-35
• 2.1.1.3 基础简谐激励下的受迫振动35-39
• 2.1.2 无限自由度系统的弯曲振动39-46
• 2.1.2.1 基础激励下无末端质量块悬臂梁的弯曲振动39-43
• 2.1.2.2 基础激励下带有末端质量块悬臂梁的弯曲振动43-46
• 2.2 能量转换系统的工作原理分析46-50
• 2.2.1 磁电能量转换系统46-48
• 2.2.2 压电能量转换系统48-50
• 2.3 本章小结50-51
• 第三章 多自由度宽频带动能采集器结构设计与优化51-61
• 3.1 多自由度宽频带动能采集器结构设计51-52
• 3.2 多自由度宽频带动能采集器拾振系统分析与优化52-59
• 3.2.1 拾振系统物理模型建立及动力学分析52-55
• 3.2.2 拾振系统结构参数分析及优化55-57
• 3.2.3 拾振系统动力学仿真分析57-59
• 3.3 本章小结59-61
• 第四章 采集器能量转换系统设计与优化61-75
• 4.1 磁电能量转换系统61-70
• 4.1.1 磁性材料选择61-62
• 4.1.2 磁路设计与优化62-65
• 4.1.3 磁电换能结构有限元仿真65-70
• 4.2 压电式能量转换系统70-74
• 4.2.1 压电材料选择70-72
• 4.2.2 压电换能结构设计与优化72-74
• 4.3 本章小结74-75
• 第五章 多自由度宽频带复合式动能采集器性能测试75-85
• 5.1 多自由度宽频带复合式动能采集器样机制作75
• 5.2 实验测试方案设计75-76
• 5.3 多自由度宽频带动能采集器输出性能测试与分析76-83
• 5.3.1 压电换能系统振动测试及输出特性分析77-79
• 5.3.2 磁电换能系统振动测试及输出特性分析79-82
• 5.3.3 压电-磁电复合式换能系统的输出特性分析82-83
• 5.4 本章小结83-85
• 第六章 总结与展望85-88
• 6.1 论文的主要研究内容及创新点85-86
• 6.2 未来工作展望86-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-93
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文93

【参考文献】

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本文编号：1130271