【摘要】：氣動技術因具有高效、安全、低成本等優(yōu)點被廣泛應用于工業(yè)自動化生產等領域。由于氣動系統工況復雜、狀態(tài)參量多,往往需要采用多種傳感器對系統的壓力、流量、溫度及位置等參數進行實時數據采集與狀態(tài)檢測。為解決氣動系統傳感器供能的問題,本文將開展密閉容腔氣體載荷激勵下盤型壓電俘能器研究工作,利用壓電材料具有的結構簡單、能量密度高、易安裝等特點,研制適用于工業(yè)高壓氣體激勵環(huán)境的壓電俘能器。論文分析了盤型壓電片在高壓氣體載荷激勵下的發(fā)電機理,建立盤型壓電單晶片的數學模型,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化的關系。通過ANSYS仿真軟件分析不同尺寸、厚度的盤型壓電片的發(fā)電特性。結合理論分析結果研究高壓氣體激勵下壓電俘能器原理型樣機的俘能特性。開展單腔壓電俘能器的設計,確定俘能器的結構和尺寸。然后搭建了實驗樣機電壓輸出特性測試系統,通過LabVIEW搭建軟件系統,對單腔壓電俘能器的輸出特性進行實驗研究與分析。在單腔俘能器的基礎上模擬復雜氣體載荷環(huán)境,開展渦流激勵壓電俘能器和交變氣體載荷下壓電俘能器的研究工作。理論分析渦流場形成機理,假設密閉容腔內部高壓氣體環(huán)境為剛性流動,通過建立數學模型分析渦流轉動慣量與存儲能量之間的關系,研究氣體速度矢量分布對缸筒壁面的慣性作用力,從而指導耦合容腔壓電俘能器的結構設計。仿真分析耦合容腔內部渦流形成規(guī)律及分布狀態(tài)。利用FLUENT流體仿真軟件對不同尺寸耦合容腔內部流場進行分析,設計耦合容腔實驗物理樣機并搭建實驗測試系統,通過實驗手段研究不同渦流狀態(tài)下的壓電俘能特性,通過外接負載電阻分析俘能器電阻匹配關系,研究不同氣體參數對俘能器能量轉化效率的影響。實驗結果表明渦流可提高壓電俘能器能量轉化效率。定質量分數氣體是密閉壓縮環(huán)境的一種特殊情況,通過建立壓縮容腔數學模型,理論分析氣體壓縮過程對壓電俘能器的影響規(guī)律,設計定質量分數壓電俘能器結構并加工實驗樣機,搭建實驗測試系統,研究俘能器的電能轉化特性。最后開展氣動工況下壓電俘能器實驗研究,設計氣動工況下壓電俘能器實驗樣機并對樣機性能進行測試。本課題通過理論分析、數值模擬與實驗研究的手段深入分析了多種密閉環(huán)境的氣動壓電俘能特性,該研究可為解決氣動無線傳感自供能提供理論與實驗基礎。
【圖文】：

研 究 生 學 位 論 文第 1 章 緒 論1.1課題來源與研究意義課題來源于吉林省科技發(fā)展計劃項目“精密壓電超聲驅動技術研究團隊專利示范培育”，項目編號：20150312006ZG；吉林省科技發(fā)展計劃項目（重點科技攻關），“鉭電解電容器超聲減摩輔助成型壓制關鍵技術研究”，項目編號：20160204054GX。氣動技術因具有高效、安全、低成本等優(yōu)點被廣泛應用于工業(yè)自動化生產等領域由于氣動系統工況復雜、狀態(tài)參量多，往往需要采用多種傳感器對系統的壓力、流量溫度及位置等參數進行實時數據采集與狀態(tài)檢測[1]。隨著《中國制造 2025》中為實現工業(yè)系統全面無線化、智能化發(fā)展戰(zhàn)略的提出，大量的無線傳感器被引入到氣動系統用以實現對氣動執(zhí)行元件的實時監(jiān)測與反饋，圖 1-1 為智能無線化氣動系統示意圖[2]

身能量進行電能轉化，并通過整流電路將電能進行存儲，用壽命。論文利用壓電元件在高壓氣體載荷激勵下產生機械變形，力能進行俘獲的新型壓電俘能器。本文將進行密閉容腔氣與實驗研究工作，利用壓電材料具有的結構簡單、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行理論與系統微能源俘獲研究提供一定的技術支持。研究現狀及發(fā)展動態(tài)分析是電介質材料中一種機械能與電能互換的現象。壓電效應電效應。壓電效應在精密驅動、微能源收集和傳感器等領1-2 所示為壓電效應原理示意圖，壓電效應的原理即對壓電會有電荷溢出，，反之施加電壓則產生機械形變。因氣體介染等特點，通過利用壓電材料對環(huán)境中氣體介質的能量進集研究領域的熱點之一。
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH138;TM619

【參考文獻】

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本文編號：2522625