隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,各式各樣的無線傳感器件被應(yīng)用到人類生產(chǎn)生活中。人們對于電池的要求越來越高,傳統(tǒng)電池的使用有著周期短、污染大而且在很多情況下難以更換等缺點。因此,迫切需要一種可持續(xù)且環(huán)保的新型供能方式,機(jī)械振動能廣泛存在于自然界中,由于其制約條件少,從而使得壓電振動能量采集成為了專家學(xué)者們研究的熱點。目前對于壓電振動能量采集器的研究,常常將機(jī)械端的采集器簡化成一個電流源,而電路端簡化成負(fù)載,雖然這樣大大簡化了對能量采集器的分析,但是這樣處理將懸臂梁壓電陶瓷與電路之間的機(jī)電非線性耦合作用進(jìn)而導(dǎo)致實驗分析結(jié)果與理論結(jié)果誤差較大。此外對于懸臂梁式壓電能量采集器的能量回收性能的研究也是基于將接口電路等效為一個負(fù)載,勢必帶來較大的分析誤差。本文首先從壓電端的等效電路開始,通過集總參數(shù)模型和壓電運動方程,建立了采集器端的等效電路,接著針對具體的接口電路進(jìn)行了研究與實驗分析,然后從能量采集系統(tǒng)的輸入端到機(jī)械端、電路端,直至輸出端進(jìn)行了能量流動分析,建立了采集系統(tǒng)的能量流圖,分析不同接口電路作用下系統(tǒng)的能量流,通過仿真和實驗分析了不同電路參數(shù)對系統(tǒng)采集能量、損耗能量以及提取能量等影響。本... 

【文章來源】：浙江工商大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

懸臂梁型壓電振動能量采集器圖1-1(a)為壓電單晶片結(jié)構(gòu)，是最早期的壓電能量采集器的懸臂梁模型，可

6圖1-2標(biāo)準(zhǔn)能量采集電路為了提高能量回收效率，國外研究學(xué)者Lefeuvre等人經(jīng)過深入的研究和分析，提出了一種電路，即輸出功率無關(guān)負(fù)載同步電荷提取電路[20]在標(biāo)準(zhǔn)接口電路基礎(chǔ)上有了進(jìn)一步的改進(jìn)，該電路主要由整流橋、電感和開關(guān)組成，一般主要由場效應(yīng)管控制開關(guān)的閉合，進(jìn)行電路的充放電工作。由圖1-3所示。SECE中的開關(guān)S大部分時間是開路狀態(tài)，只有當(dāng)壓電片電壓不斷增大達(dá)到極值時才會閉合，電路開始同步提取電荷。同步電荷提取中的同步是電荷的提取與結(jié)構(gòu)的振動是同步進(jìn)行的。同步電荷提取電路的工作過程主要分為兩個階段：第一個階段壓電片隨著懸臂梁的不斷振動，此時壓電片上會有大量的電荷產(chǎn)生，當(dāng)其為最大值的時候，此時電壓為閾值，關(guān)閉開關(guān)，電路工作，電荷通過回路逐漸被電感吸收。當(dāng)壓電片上電荷被全部轉(zhuǎn)移時，立刻斷開開關(guān)S，此時對系統(tǒng)進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)二極管D處于導(dǎo)通狀態(tài)，能量可以發(fā)生轉(zhuǎn)移。和標(biāo)準(zhǔn)接口相比，該類型電路不會受到負(fù)載的影響，當(dāng)負(fù)載值變大或者變小的時候，都不會對回收率產(chǎn)生不良的影響。但是其開關(guān)控制的精確度太高，使得實際開關(guān)設(shè)計較為復(fù)雜。圖1-3同步電荷提取電路

6圖1-2標(biāo)準(zhǔn)能量采集電路為了提高能量回收效率，國外研究學(xué)者Lefeuvre等人經(jīng)過深入的研究和分析，提出了一種電路，即輸出功率無關(guān)負(fù)載同步電荷提取電路[20]在標(biāo)準(zhǔn)接口電路基礎(chǔ)上有了進(jìn)一步的改進(jìn)，該電路主要由整流橋、電感和開關(guān)組成，一般主要由場效應(yīng)管控制開關(guān)的閉合，進(jìn)行電路的充放電工作。由圖1-3所示。SECE中的開關(guān)S大部分時間是開路狀態(tài)，只有當(dāng)壓電片電壓不斷增大達(dá)到極值時才會閉合，電路開始同步提取電荷。同步電荷提取中的同步是電荷的提取與結(jié)構(gòu)的振動是同步進(jìn)行的。同步電荷提取電路的工作過程主要分為兩個階段：第一個階段壓電片隨著懸臂梁的不斷振動，此時壓電片上會有大量的電荷產(chǎn)生，當(dāng)其為最大值的時候，此時電壓為閾值，關(guān)閉開關(guān)，電路工作，電荷通過回路逐漸被電感吸收。當(dāng)壓電片上電荷被全部轉(zhuǎn)移時，立刻斷開開關(guān)S，此時對系統(tǒng)進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)二極管D處于導(dǎo)通狀態(tài)，能量可以發(fā)生轉(zhuǎn)移。和標(biāo)準(zhǔn)接口相比，該類型電路不會受到負(fù)載的影響，當(dāng)負(fù)載值變大或者變小的時候，都不會對回收率產(chǎn)生不良的影響。但是其開關(guān)控制的精確度太高，使得實際開關(guān)設(shè)計較為復(fù)雜。圖1-3同步電荷提取電路

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
[1]寬頻壓電能量采集器及其接口電路的設(shè)計與實驗研究[D]. 楊斌強.浙江工商大學(xué) 2018
[2]能量回饋型超聲波電機(jī)的理論分析與實驗研究[D]. 劉創(chuàng).浙江工商大學(xué) 2015
[3]基于壓電懸臂結(jié)構(gòu)的能量回收電路研究[D]. 孫子文.南京航空航天大學(xué) 2013
[4]基于壓電懸臂結(jié)構(gòu)的能量采集研究[D]. 王寧.南京航空航天大學(xué) 2010



本文編號：3358026