【摘要】：傳統(tǒng)電池對微電子設(shè)備的供電方式存在明顯不足,例如傳統(tǒng)電池體積大、能量有限、壽命短、污染環(huán)境等。因此,人們開始研究如何從環(huán)境中收集能量�；趬弘娫淼陌l(fā)電裝置可將環(huán)境中的機(jī)械能直接轉(zhuǎn)換成電能,具有易加工、結(jié)構(gòu)簡單、無電磁干擾、利于環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而備受國內(nèi)外專家關(guān)注。本文提出了一種基于懸臂梁結(jié)構(gòu)的寬頻壓電俘能器。首先,通過實(shí)驗(yàn)得出懸臂梁結(jié)構(gòu)比其他結(jié)構(gòu)靈敏度高、輸出電壓大,且在多片并聯(lián)時(shí)效果更好;為了降低俘能器的諧振頻率,在梁頂端加質(zhì)量塊,根據(jù)材料力學(xué)、振動(dòng)理論和壓電學(xué)等知識建立了懸臂梁的數(shù)學(xué)模型,利用MATLAB軟件對模型數(shù)值計(jì)算,研究了梁長和質(zhì)量塊重量與懸臂梁響應(yīng)特征之間的關(guān)系。為了拓寬俘能器的共振頻帶,增加了質(zhì)量塊的數(shù)量且將多片不同梁長的懸臂梁并聯(lián),在理論分析的基礎(chǔ)上,建立懸臂梁的有限元模型,利用ANSYS對模型進(jìn)行仿真分析,得出質(zhì)量塊大小、位置、個(gè)數(shù)、間距對壓電俘能器的諧振頻率、頻帶寬度、輸出電壓的影響,通過對寬頻俘能器的模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析,探討其頻率響應(yīng)。然后,改進(jìn)了傳統(tǒng)的整流濾波電路,利用LTC3588-1芯片設(shè)計(jì)了能量管理電路,改善了電路的能量轉(zhuǎn)化效率,提高了電路的集成度,實(shí)現(xiàn)了電路小型化。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證寬頻俘能器的可行性。首先,對單懸臂梁俘能器的發(fā)電特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn),研究了單懸臂梁的輸出特性與質(zhì)量塊質(zhì)量、位置、個(gè)數(shù)及間距的關(guān)系;然后,通過單懸臂梁與多懸臂梁對比實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了多懸臂梁的寬頻特性;對寬頻俘能器在不同負(fù)載下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),獲得了俘能器的最佳匹配電阻;最后,進(jìn)行寬頻俘能器為低功耗的計(jì)步器供電實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了寬頻俘能器結(jié)構(gòu)及能量收集電路的正確性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM619

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2692863