本文選題：壓電裝置 + 寬頻設(shè)計(jì)��； 參考：《南京郵電大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：能源是社會(huì)的重要基礎(chǔ)資源。許多可再生能源未被采集利用,由此能量采集技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。所謂能量采集技術(shù)主要是指將環(huán)境中被空置的能源利用俘能裝置采集起來(lái)為使用終端供電。本文為提高壓電俘能器的寬頻響應(yīng)能力,提出了臼型壓電俘能器和雙音叉式壓電俘能器;為提高壓電俘能器在二階彎曲模態(tài)下的俘能效率,以矩形壓電片為模型進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計(jì)了一種非對(duì)稱式單晶雙壓電片俘能器,并評(píng)估了這種新型俘能器的發(fā)電特性。首先,深入分析了矩形壓電片的發(fā)電特性,建立能量轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型,給出兩種振動(dòng)回收模式(d31和d33)下的理論分析過(guò)程,推導(dǎo)出兩種模式下的輸出電壓模型和輸出功率模型。建立了雙壓電片的應(yīng)力-位移模型,以此來(lái)評(píng)估雙壓電片的頻率特性。其次,設(shè)計(jì)了臼型和雙音叉式壓電俘能器,進(jìn)行了建模、靜態(tài)、模態(tài)和諧響應(yīng)分析,得到臼型壓電俘能器的輸出電壓5V以上的寬頻響應(yīng)區(qū)間為55~78Hz,雙音叉式壓電俘能器輸出電壓在8V以上寬頻響應(yīng)區(qū)間15~50 Hz。最后,對(duì)矩形俘能器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)出非對(duì)稱式單晶雙壓電片俘能器。引入分段比λ、間隙比α和電壓頻率密度β三個(gè)量來(lái)優(yōu)化非對(duì)稱式雙壓電的結(jié)構(gòu)尺寸。最終結(jié)果顯示,在λ的取值范圍在0.6~0.7之間時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)較好的寬頻效果。非對(duì)稱式雙壓電片的應(yīng)變值是矩形壓電片的2.4倍,靜態(tài)開(kāi)路電壓是矩形壓電片的1.4倍;且二階頻率處峰值電壓約是矩形壓電片的60倍,說(shuō)明這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了提高二階輸出的目的。按照模型制作出相應(yīng)地非對(duì)稱式和矩形壓電俘能器、搭建出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、最終進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在30~50Hz,非對(duì)稱式壓電俘能器的俘能效果是矩形能量收集器的大約2.21倍;對(duì)于連續(xù)輸出電壓在1.5V以上的頻帶寬度,非對(duì)稱式壓電俘能器的寬頻效應(yīng)是矩形能量俘能器的7倍。后續(xù)依據(jù)d31和d33模式設(shè)計(jì)的雙模式下的壓電裝置,最高峰值電壓從4.2V增大到8V,輸出電壓提高了90.5%。
[Abstract]:In order to improve the energy efficiency of a piezoelectric energy harvester , the energy harvesting technology is designed to improve the power generation characteristics of the piezoelectric energy harvester . The results show that the energy harvesting efficiency of the piezoelectric energy harvester can be improved by using the rectangular piezoelectric sheet . The results show that the energy harvesting efficiency of the piezoelectric energy harvester is about 2.21 times that of the rectangular piezoelectric sheet .
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM619

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