本文關鍵詞：雙壓電層懸臂梁式振動能量收集器的設計與實現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年,隨著無線傳感網絡和低功耗產品的快速發(fā)展,其能源的供應問題也越來越突出,其中能量收集技術的解決方案以其具有綠色無污染、可持續(xù)性強、環(huán)境適應性好等特點逐漸吸引了各領域研究人員的關注。能量收集技術的收集對象包括了振動能、太陽能、風能以及溫差能等能量源,其中振動能不受地域、時間的限制,使得基于振動能的能量收集器技術具有廣泛的應用前景。同時,振動能量收集技術的實現(xiàn)方案包括了壓電式、電磁式以及靜電式,壓電式的實現(xiàn)方案具有機電轉化效率高、與MEMS技術融合性好等特點也成為了本課題的研究重點。本課題中將以壓電懸臂梁作為主要的功能結構,懸臂梁結構因其結構簡單、轉化效率高等特點也是研究人員采用最多的結構。同時,為了提高能量收集器的輸出功率,本課題將采用雙壓電層懸臂梁結構。環(huán)境中存在著多種振動能,其振動的頻率也各不相同,本課題首先確定了能量收集器要應用的環(huán)境及頻率范圍,并通過對比各種壓電材料的優(yōu)缺點得到將要使用的壓電材料;接著對懸臂梁式能量收集器建立了單自由度彈簧質量塊系統(tǒng)模型和等效電路,定性分析了影響能量收集器輸出功率的相關因素,利用Simulink對能量收集器系統(tǒng)建模分析其開路電壓的頻率響應;然后對實驗室已有的能量收集器進行測試,將得到的數(shù)據與COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件建模得到仿真結果對比,以驗證仿真建模的正確性。進而利用COMSOL Multiphysics對壓電式懸臂梁能量收集器進行設計,得到壓電懸臂梁的最佳尺寸以及質量塊質量;最后根據結構仿真的結果制作一定尺寸的雙壓電層懸臂梁式振動能量收集器,并且搭建實驗測試平臺,對制作的能量收集器進行測試,并與仿真結果進行對比。
【關鍵詞】：無線傳感網絡 能量收集 壓電懸臂梁 仿真建模 實驗測試
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM619
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-10
• 1.2 振動式能量收集器的研究現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 靜電式振動能量收集器的研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 電磁式振動能量收集器的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 壓電式振動能量收集器的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 主要研究內容17-19
• 第2章 懸臂梁式壓電振動能量收集器的工作原理19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 壓電材料及其壓電效應19-21
• 2.2.1 壓電效應19-20
• 2.2.2 壓電材料的選擇20-21
• 2.3 機電轉換模式21-22
• 2.4 懸臂梁式壓電振動能量收集器的建模與分析22-29
• 2.4.1 單自由度彈簧質量塊系統(tǒng)模型的建立22-24
• 2.4.2 懸臂梁式能量收集器等效電路的建立24-29
• 2.5 本章小結29-31
• 第3章 壓電式懸臂梁能量收集器的設計仿真31-44
• 3.1 引言31
• 3.2 懸臂梁式壓電能量收集器的建模31-33
• 3.3 能量收集器的建模驗證33-35
• 3.4 懸臂梁結構的尺寸分析35-38
• 3.4.1 長度對共振頻率的影響35-36
• 3.4.2 寬度對共振頻率的影響36-37
• 3.4.3 厚度對共振頻率的影響37-38
• 3.5 懸臂梁結構的仿真計算38-43
• 3.6 本章小結43-44
• 第4章 壓電式能量收集器的制作與測試44-51
• 4.1 引言44
• 4.2 壓電懸臂梁的制作過程44-45
• 4.3 振動臺系統(tǒng)的搭建45-46
• 4.4 能量收集器的測試46-49
• 4.5 誤差分析49-50
• 4.6 本章小結50-51
• 結論51-52
• 參考文獻52-57
• 致謝57

  本文關鍵詞：雙壓電層懸臂梁式振動能量收集器的設計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：464971