針對現(xiàn)有壓電振動俘能器低頻效果差、壓電振子承受交變拉-壓應力、可靠性低以及固有頻率不可調(diào)節(jié)等問題,提出一種雙簧片耦合激勵的縱振-橫擺式壓電振動俘能器,利用耦合器中縱振簧片端部激勵磁鐵與組合換能器中橫擺簧片端部受激磁鐵間的磁力耦合作用實現(xiàn)兩個簧片之間的振動方向轉換和能量傳遞,橫擺簧片再迫使其兩側的壓電振子產(chǎn)生橫向彎曲變形,進而將環(huán)境的縱向振動能轉換成電能。從理論建模仿真與試驗測試兩方面進行了研究,所完成的主要研究內(nèi)容包括:1.建立了壓電振子、組合換能器以及激勵磁鐵和受激磁鐵的COMSOL有限元模型并進行了仿真分析,研究了:壓電振子結構參數(shù)（長度比及厚度比）對其力學特性以及輸出性能（輸出電壓及功率）的影響規(guī)律,組合換能器結構參數(shù)（橫擺簧片長度、厚度及夾持比）對其力學特性的影響規(guī)律,激勵磁鐵和受激磁鐵空間相對距離對磁耦合力的影響規(guī)律。2.建立了縱振-橫擺式壓電振動俘能器的兩自由度系統(tǒng)動力學模型并進行了仿真分析,研究了耦合器結構參數(shù)（縱振簧片長度及縱振質(zhì)量）和組合換能器結構參數(shù)（夾持比、橫擺簧片長度及橫擺質(zhì)量）對俘能器動力學特性的影響規(guī)律。結果表明:存在兩個諧振頻率使俘能器的振幅放大比出現(xiàn)峰值... 

【文章來源】：浙江師范大學浙江省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

單懸臂梁式壓電振動俘能器[10]

第1章緒論2形態(tài)及數(shù)量可分為以下三類：①單梁式、②陣列式、③異形梁式。1.2.1單梁式壓電振動俘能器懸臂梁式壓電振動俘能器中，典型的結構為端部安裝有質(zhì)量塊的單懸臂梁壓電振子。2004年，SRoundy等人[9]將該種結構微型化并建立了理論模型，如圖1.1所示。在激勵頻率為120Hz、加速度為2.5m/s2的外部激振力作用下，該俘能器的輸出功率為375μW/cm3。該種結構的俘能器不足是響應頻率較窄，可靠性低。圖1.1單懸臂梁式壓電振動俘能器圖1.2雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁振動俘能器2010年，陳仲生等人[10]提出了一種雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁振動俘能器，如圖1.2所示。在懸臂梁壓電振子端部加裝磁鐵，并將另一塊磁鐵固定在懸臂梁磁鐵對面形成雙穩(wěn)態(tài)，壓電振子彎曲方向與振動方向同向。在隨機激勵下，合適的磁鐵間間距可使俘能器產(chǎn)生隨機共振的現(xiàn)象，且此時輸出功率較無磁鐵的壓電振動俘能器提高了400%。2012年，JongC等人[11]提出了一種非對稱懸臂梁多向壓電振動俘能器，如圖1.3所示。將懸臂梁壓電振子端部的質(zhì)量塊更換成非對稱質(zhì)量塊，使得俘能器能收集多個方向上的振動能量，在激勵頻率為45Hz、加速度為10m/s2的外部激振力作用下，z方向的輸出功率及電壓分別為7.5mW和38.5V，x方向的輸出功率及電壓分別為1.4mW和16.7V。圖1.3非對稱懸臂梁多向壓電振動俘能器圖1.4雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁振動俘能器模型壓電振子非對稱質(zhì)量塊壓電振子端部質(zhì)量塊壓電振子磁鐵調(diào)距螺絲示波器采集卡PC機信號器功放激振臺雙穩(wěn)懸臂梁俘能器負載阻抗壓電振子永磁鐵

第1章緒論2形態(tài)及數(shù)量可分為以下三類：①單梁式、②陣列式、③異形梁式。1.2.1單梁式壓電振動俘能器懸臂梁式壓電振動俘能器中，典型的結構為端部安裝有質(zhì)量塊的單懸臂梁壓電振子。2004年，SRoundy等人[9]將該種結構微型化并建立了理論模型，如圖1.1所示。在激勵頻率為120Hz、加速度為2.5m/s2的外部激振力作用下，該俘能器的輸出功率為375μW/cm3。該種結構的俘能器不足是響應頻率較窄，可靠性低。圖1.1單懸臂梁式壓電振動俘能器圖1.2雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁振動俘能器2010年，陳仲生等人[10]提出了一種雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁振動俘能器，如圖1.2所示。在懸臂梁壓電振子端部加裝磁鐵，并將另一塊磁鐵固定在懸臂梁磁鐵對面形成雙穩(wěn)態(tài)，壓電振子彎曲方向與振動方向同向。在隨機激勵下，合適的磁鐵間間距可使俘能器產(chǎn)生隨機共振的現(xiàn)象，且此時輸出功率較無磁鐵的壓電振動俘能器提高了400%。2012年，JongC等人[11]提出了一種非對稱懸臂梁多向壓電振動俘能器，如圖1.3所示。將懸臂梁壓電振子端部的質(zhì)量塊更換成非對稱質(zhì)量塊，使得俘能器能收集多個方向上的振動能量，在激勵頻率為45Hz、加速度為10m/s2的外部激振力作用下，z方向的輸出功率及電壓分別為7.5mW和38.5V，x方向的輸出功率及電壓分別為1.4mW和16.7V。圖1.3非對稱懸臂梁多向壓電振動俘能器圖1.4雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁振動俘能器模型壓電振子非對稱質(zhì)量塊壓電振子端部質(zhì)量塊壓電振子磁鐵調(diào)距螺絲示波器采集卡PC機信號器功放激振臺雙穩(wěn)懸臂梁俘能器負載阻抗壓電振子永磁鐵

【參考文獻】：
期刊論文
[1]復合梯形壓電懸臂梁能量收集器的特性研究[J]. 陳文科,靳伍銀,曹卉,王安.  哈爾濱工程大學學報. 2019(06)
[2]基于磁化電流法的雙穩(wěn)壓電懸臂梁磁力精確分析[J]. 張雨陽,冷永剛,譚丹,劉進軍,范勝波.  物理學報. 2017(22)
[3]雙端磁耦合式壓電振動俘能器結構設計[J]. 董新博,劉海鵬,陳林雄,高世橋.  壓電與聲光. 2017(05)
[4]雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁發(fā)電系統(tǒng)的動力學建模及分析[J]. 孫舒,曹樹謙.  物理學報. 2012(21)
[5]懸臂梁壓電振子寬帶低頻振動能量俘獲的隨機共振機理研究[J]. 陳仲生,楊擁民.  物理學報. 2011(07)
[6]復合型懸臂梁壓電振子振動模型及發(fā)電試驗研究[J]. 袁江波,謝濤,單小彪,陳維山.  機械工程學報. 2010(09)



本文編號：3049508