本文關(guān)鍵詞：雙壓電層懸臂梁式振動(dòng)能量收集器的設(shè)計(jì)與實(shí)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(wǎng)絡(luò)和低功耗產(chǎn)品的快速發(fā)展,其能源的供應(yīng)問題也越來越突出,其中能量收集技術(shù)的解決方案以其具有綠色無污染、可持續(xù)性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)逐漸吸引了各領(lǐng)域研究人員的關(guān)注。能量收集技術(shù)的收集對(duì)象包括了振動(dòng)能、太陽能、風(fēng)能以及溫差能等能量源,其中振動(dòng)能不受地域、時(shí)間的限制,使得基于振動(dòng)能的能量收集器技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí),振動(dòng)能量收集技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案包括了壓電式、電磁式以及靜電式,壓電式的實(shí)現(xiàn)方案具有機(jī)電轉(zhuǎn)化效率高、與MEMS技術(shù)融合性好等特點(diǎn)也成為了本課題的研究重點(diǎn)。本課題中將以壓電懸臂梁作為主要的功能結(jié)構(gòu),懸臂梁結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)化效率高等特點(diǎn)也是研究人員采用最多的結(jié)構(gòu)。同時(shí),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(jié)構(gòu)。環(huán)境中存在著多種振動(dòng)能,其振動(dòng)的頻率也各不相同,本課題首先確定了能量收集器要應(yīng)用的環(huán)境及頻率范圍,并通過對(duì)比各種壓電材料的優(yōu)缺點(diǎn)得到將要使用的壓電材料;接著對(duì)懸臂梁式能量收集器建立了單自由度彈簧質(zhì)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(guān)因素,利用Simulink對(duì)能量收集器系統(tǒng)建模分析其開路電壓的頻率響應(yīng);然后對(duì)實(shí)驗(yàn)室已有的能量收集器進(jìn)行測(cè)試,將得到的數(shù)據(jù)與COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件建模得到仿真結(jié)果對(duì)比,以驗(yàn)證仿真建模的正確性。進(jìn)而利用COMSOL Multiphysics對(duì)壓電式懸臂梁能量收集器進(jìn)行設(shè)計(jì),得到壓電懸臂梁的最佳尺寸以及質(zhì)量塊質(zhì)量;最后根據(jù)結(jié)構(gòu)仿真的結(jié)果制作一定尺寸的雙壓電層懸臂梁式振動(dòng)能量收集器,并且搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái),對(duì)制作的能量收集器進(jìn)行測(cè)試,并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感網(wǎng)絡(luò) 能量收集 壓電懸臂梁 仿真建模 實(shí)驗(yàn)測(cè)試
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(dòng)式能量收集器的研究現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 靜電式振動(dòng)能量收集器的研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 電磁式振動(dòng)能量收集器的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 壓電式振動(dòng)能量收集器的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第2章 懸臂梁式壓電振動(dòng)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(yīng)19-21
• 2.2.1 壓電效應(yīng)19-20
• 2.2.2 壓電材料的選擇20-21
• 2.3 機(jī)電轉(zhuǎn)換模式21-22
• 2.4 懸臂梁式壓電振動(dòng)能量收集器的建模與分析22-29
• 2.4.1 單自由度彈簧質(zhì)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(jié)29-31
• 第3章 壓電式懸臂梁能量收集器的設(shè)計(jì)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(yàn)證33-35
• 3.4 懸臂梁結(jié)構(gòu)的尺寸分析35-38
• 3.4.1 長(zhǎng)度對(duì)共振頻率的影響35-36
• 3.4.2 寬度對(duì)共振頻率的影響36-37
• 3.4.3 厚度對(duì)共振頻率的影響37-38
• 3.5 懸臂梁結(jié)構(gòu)的仿真計(jì)算38-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第4章 壓電式能量收集器的制作與測(cè)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(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的搭建45-46
• 4.4 能量收集器的測(cè)試46-49
• 4.5 誤差分析49-50
• 4.6 本章小結(jié)50-51
• 結(jié)論51-52
• 參考文獻(xiàn)52-57
• 致謝57

  本文關(guān)鍵詞：雙壓電層懸臂梁式振動(dòng)能量收集器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：464971