分布式無線傳感網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和普及,改變了人們的生活習(xí)慣,方便了人們的出行、生活和消費等。傳感網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點數(shù)量快速增加,節(jié)點上的傳感器也越來越多,目前節(jié)點傳感器大多是用常規(guī)化學(xué)電池作為供能裝置,因壽命有限,長時間供電會導(dǎo)致電池功率下降,在某些極端環(huán)境下化學(xué)電池可能會損壞,導(dǎo)致化學(xué)材料的泄露,對用電設(shè)備甚至是環(huán)境都會造成破壞。本文研究了一種能夠在低頻振動環(huán)境中采集能量的微型發(fā)電系統(tǒng),工作頻率范圍大,能量轉(zhuǎn)換效率高。微型發(fā)電系統(tǒng)由兩個系統(tǒng)構(gòu)成:一個是拾振系統(tǒng),一個是能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。建立了拾振系統(tǒng)的模型,從簡單到復(fù)雜依次分析了多種振動情況,作出幅頻響應(yīng)曲線,分析了激勵源和阻尼比對響應(yīng)振動的影響。用ANSYS軟件對平面彈簧進行了建模仿真分析,對平面彈簧的彈性系數(shù)和固有頻率的相關(guān)影響因素包括平面彈簧的長度、厚度和彈簧臂的寬度、質(zhì)量體的質(zhì)量等物理量進行了比較。同樣用ANSYS軟件對懸臂梁前三階固有頻率下的振型進行了分析,與用MATLAB軟件仿真的懸臂梁對應(yīng)階振型做比較,結(jié)果基本吻合。在能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中,設(shè)計了三種永磁體結(jié)構(gòu),用Ansoft Maxwell對這三種永磁體結(jié)構(gòu)的磁場進行了仿真,其中的垂直充磁方... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１各種化學(xué)電池的使用壽命對比圖??１．１．２環(huán)境中各種能置的對比??

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???可動叉指電極??Ｂ?可動電極??祕向??ｆ固定電極??固定叉桁電極??圖１－２靜電式的兩種類型結(jié)構(gòu)圖??Ｔｉｂｎｗｉｉ?ＶＩｈＩａｄ??Ｉ?ｒ＇＂＞ｉ￡ＳＨｌ?％＾６８９９９００Ｓ｝９ｇｇ０ｇ＾１?ｙ?１??ｉｓ紛／“＊＊？“？＊？？？＊？？＊？？？？？？＊?？???＾??Ｖｌｋ－Ｋ７?（Ｉ）?５ｐ咖ｊ??圖１－３清華大學(xué)設(shè)計的能量采集裝置?圖１－４采用彎曲彈簧的能量采集裝置??清華大學(xué)團隊提出了一種新型的靜電式能量采集裝置ｔ１３］，運用了駐極體，如??圖１－３所示中的藍色部分。核心器件駐體采用的材料是四氟乙烯，實驗在頻率是??１０Ｈｚ，加速度是］．６ｇ的振動環(huán)境下發(fā)出的功率是２．５）ｉＷ。ＮｇｕｙｅｎＳＤ等人提出??了一種能量采集裝置［１４］，如圖１－４所示。采用非線性彈簧，設(shè)計出了具有特殊幾??何結(jié)構(gòu)的彈簧來實現(xiàn)了非對稱的雙穩(wěn)態(tài)，可以拓寬裝置的工作頻率范圍。實驗在??頻率是７１５Ｈｚ，加速度是ｌｇ的振動環(huán)境下發(fā)出的功率是３．４ｐＷ。??靜電式能量采集裝置對工作頻率要求高，輸出阻抗大，且輸出功率低。工作??發(fā)電前需要加一個額外的驅(qū)動電壓，且在發(fā)電前需要先放電清零，降低了設(shè)備的??實用性，在很多應(yīng)用環(huán)境中受限。??１．２．２壓電式能量采集裝置??壓電式能量采集裝置受到環(huán)境振動影響時，外力的作用使得壓電材料發(fā)生形??變，表現(xiàn)為材料的兩端產(chǎn)生正負(fù)相反的電荷，通過材料壓電效應(yīng)來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)??換。圖１－５所示是壓電能量采集裝置示意圖，有懸臂梁結(jié)構(gòu)，上面放置著永磁體??結(jié)構(gòu)，也充當(dāng)質(zhì)量作用。外界環(huán)境的振動作用在質(zhì)量體Ｍ上，質(zhì)量體的振動會??４??

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???可動叉指電極??Ｂ?可動電極??祕向??ｆ固定電極??固定叉桁電極??圖１－２靜電式的兩種類型結(jié)構(gòu)圖??Ｔｉｂｎｗｉｉ?ＶＩｈＩａｄ??Ｉ?ｒ＇＂＞ｉ￡ＳＨｌ?％＾６８９９９００Ｓ｝９ｇｇ０ｇ＾１?ｙ?１??ｉｓ紛／“＊＊？“？＊？？？＊？？＊？？？？？？＊?？???＾??Ｖｌｋ－Ｋ７?（Ｉ）?５ｐ咖ｊ??圖１－３清華大學(xué)設(shè)計的能量采集裝置?圖１－４采用彎曲彈簧的能量采集裝置??清華大學(xué)團隊提出了一種新型的靜電式能量采集裝置ｔ１３］，運用了駐極體，如??圖１－３所示中的藍色部分。核心器件駐體采用的材料是四氟乙烯，實驗在頻率是??１０Ｈｚ，加速度是］．６ｇ的振動環(huán)境下發(fā)出的功率是２．５）ｉＷ。ＮｇｕｙｅｎＳＤ等人提出??了一種能量采集裝置［１４］，如圖１－４所示。采用非線性彈簧，設(shè)計出了具有特殊幾??何結(jié)構(gòu)的彈簧來實現(xiàn)了非對稱的雙穩(wěn)態(tài)，可以拓寬裝置的工作頻率范圍。實驗在??頻率是７１５Ｈｚ，加速度是ｌｇ的振動環(huán)境下發(fā)出的功率是３．４ｐＷ。??靜電式能量采集裝置對工作頻率要求高，輸出阻抗大，且輸出功率低。工作??發(fā)電前需要加一個額外的驅(qū)動電壓，且在發(fā)電前需要先放電清零，降低了設(shè)備的??實用性，在很多應(yīng)用環(huán)境中受限。??１．２．２壓電式能量采集裝置??壓電式能量采集裝置受到環(huán)境振動影響時，外力的作用使得壓電材料發(fā)生形??變，表現(xiàn)為材料的兩端產(chǎn)生正負(fù)相反的電荷，通過材料壓電效應(yīng)來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)??換。圖１－５所示是壓電能量采集裝置示意圖，有懸臂梁結(jié)構(gòu)，上面放置著永磁體??結(jié)構(gòu)，也充當(dāng)質(zhì)量作用。外界環(huán)境的振動作用在質(zhì)量體Ｍ上，質(zhì)量體的振動會??４??

【參考文獻】：
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本文編號：2907460