發(fā)布時(shí)間：2019-08-03 14:42

【摘要】：氣動(dòng)技術(shù)因具有高效、安全、低成本等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)等領(lǐng)域。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工況復(fù)雜、狀態(tài)參量多,往往需要采用多種傳感器對(duì)系統(tǒng)的壓力、流量、溫度及位置等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)檢測(cè)。為解決氣動(dòng)系統(tǒng)傳感器供能的問(wèn)題,本文將開(kāi)展密閉容腔氣體載荷激勵(lì)下盤(pán)型壓電俘能器研究工作,利用壓電材料具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量密度高、易安裝等特點(diǎn),研制適用于工業(yè)高壓氣體激勵(lì)環(huán)境的壓電俘能器。論文分析了盤(pán)型壓電片在高壓氣體載荷激勵(lì)下的發(fā)電機(jī)理,建立盤(pán)型壓電單晶片的數(shù)學(xué)模型,理論研究了雙模量壓電單晶片在高壓氣體載荷的作用下的撓曲形變,以及形變量與電能轉(zhuǎn)化的關(guān)系。通過(guò)ANSYS仿真軟件分析不同尺寸、厚度的盤(pán)型壓電片的發(fā)電特性。結(jié)合理論分析結(jié)果研究高壓氣體激勵(lì)下壓電俘能器原理型樣機(jī)的俘能特性。開(kāi)展單腔壓電俘能器的設(shè)計(jì),確定俘能器的結(jié)構(gòu)和尺寸。然后搭建了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)電壓輸出特性測(cè)試系統(tǒng),通過(guò)LabVIEW搭建軟件系統(tǒng),對(duì)單腔壓電俘能器的輸出特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究與分析。在單腔俘能器的基礎(chǔ)上模擬復(fù)雜氣體載荷環(huán)境,開(kāi)展渦流激勵(lì)壓電俘能器和交變氣體載荷下壓電俘能器的研究工作。理論分析渦流場(chǎng)形成機(jī)理,假設(shè)密閉容腔內(nèi)部高壓氣體環(huán)境為剛性流動(dòng),通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型分析渦流轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與存儲(chǔ)能量之間的關(guān)系,研究氣體速度矢量分布對(duì)缸筒壁面的慣性作用力,從而指導(dǎo)耦合容腔壓電俘能器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。仿真分析耦合容腔內(nèi)部渦流形成規(guī)律及分布狀態(tài)。利用FLUENT流體仿真軟件對(duì)不同尺寸耦合容腔內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)耦合容腔實(shí)驗(yàn)物理樣機(jī)并搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng),通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段研究不同渦流狀態(tài)下的壓電俘能特性,通過(guò)外接負(fù)載電阻分析俘能器電阻匹配關(guān)系,研究不同氣體參數(shù)對(duì)俘能器能量轉(zhuǎn)化效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明渦流可提高壓電俘能器能量轉(zhuǎn)化效率。定質(zhì)量分?jǐn)?shù)氣體是密閉壓縮環(huán)境的一種特殊情況,通過(guò)建立壓縮容腔數(shù)學(xué)模型,理論分析氣體壓縮過(guò)程對(duì)壓電俘能器的影響規(guī)律,設(shè)計(jì)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)壓電俘能器結(jié)構(gòu)并加工實(shí)驗(yàn)樣機(jī),搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng),研究俘能器的電能轉(zhuǎn)化特性。最后開(kāi)展氣動(dòng)工況下壓電俘能器實(shí)驗(yàn)研究,設(shè)計(jì)氣動(dòng)工況下壓電俘能器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)并對(duì)樣機(jī)性能進(jìn)行測(cè)試。本課題通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究的手段深入分析了多種密閉環(huán)境的氣動(dòng)壓電俘能特性,該研究可為解決氣動(dòng)無(wú)線傳感自供能提供理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
【圖文】：

研 究 生 學(xué) 位 論 文第 1 章 緒 論1.1課題來(lái)源與研究意義課題來(lái)源于吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)專利示范培育”，項(xiàng)目編號(hào)：20150312006ZG；吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（重點(diǎn)科技攻關(guān)），“鉭電解電容器超聲減摩輔助成型壓制關(guān)鍵技術(shù)研究”，項(xiàng)目編號(hào)：20160204054GX。氣動(dòng)技術(shù)因具有高效、安全、低成本等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)等領(lǐng)域由于氣動(dòng)系統(tǒng)工況復(fù)雜、狀態(tài)參量多，往往需要采用多種傳感器對(duì)系統(tǒng)的壓力、流量溫度及位置等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)檢測(cè)[1]。隨著《中國(guó)制造 2025》中為實(shí)現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)全面無(wú)線化、智能化發(fā)展戰(zhàn)略的提出，大量的無(wú)線傳感器被引入到氣動(dòng)系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)執(zhí)行元件的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋，圖 1-1 為智能無(wú)線化氣動(dòng)系統(tǒng)示意圖[2]

身能量進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化，并通過(guò)整流電路將電能進(jìn)行存儲(chǔ)，用壽命。論文利用壓電元件在高壓氣體載荷激勵(lì)下產(chǎn)生機(jī)械變形，力能進(jìn)行俘獲的新型壓電俘能器。本文將進(jìn)行密閉容腔氣與實(shí)驗(yàn)研究工作，利用壓電材料具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量密適用于工業(yè)高壓氣體沖擊環(huán)境的壓電俘能器并進(jìn)行理論與系統(tǒng)微能源俘獲研究提供一定的技術(shù)支持。研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析是電介質(zhì)材料中一種機(jī)械能與電能互換的現(xiàn)象。壓電效應(yīng)電效應(yīng)。壓電效應(yīng)在精密驅(qū)動(dòng)、微能源收集和傳感器等領(lǐng)1-2 所示為壓電效應(yīng)原理示意圖，壓電效應(yīng)的原理即對(duì)壓電會(huì)有電荷溢出，，反之施加電壓則產(chǎn)生機(jī)械形變。因氣體介染等特點(diǎn)，通過(guò)利用壓電材料對(duì)環(huán)境中氣體介質(zhì)的能量進(jìn)集研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH138;TM619

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2522625