發(fā)布時(shí)間：2019-05-12 11:05

【摘要】：目前,手機(jī)已經(jīng)成為了人們每天都會(huì)用到的產(chǎn)品,但智能手機(jī)、大屏手機(jī)的續(xù)航能力差的問(wèn)題也一直困擾著消費(fèi)者和手機(jī)廠商。本文根據(jù)對(duì)不同壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)的理論以及實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果,基于懸臂梁壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的提出了一種多振子的復(fù)合梁式結(jié)構(gòu),既能滿足寬頻譜響應(yīng)的實(shí)際需求,又能通過(guò)整體梁的彎曲吸收更多的振動(dòng)能量并將之傳遞給壓電振子,用有限元仿真分析的方法確定了適應(yīng)手機(jī)振動(dòng)頻率的模型參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行了產(chǎn)品化的便攜式封裝設(shè)計(jì)(手機(jī)殼),以及相關(guān)電路的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn),具體的研究?jī)?nèi)容如下:1.對(duì)可以用到手機(jī)發(fā)電的兩種壓電發(fā)電結(jié)構(gòu),懸臂梁結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu),分別進(jìn)行了重復(fù)測(cè)試實(shí)驗(yàn),通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)平均結(jié)果的比較分析,發(fā)現(xiàn)懸臂梁結(jié)構(gòu)的壓電振子比較適合手機(jī)應(yīng)用環(huán)境。2.為了能將設(shè)計(jì)的壓電發(fā)電裝置與手機(jī)振動(dòng)頻率匹配,達(dá)到最好的能量采集效果,本文進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了手機(jī)受敲擊后的振動(dòng)頻率譜線,其第一個(gè)峰值頻率點(diǎn)為1600Hz。3.通過(guò)對(duì)懸臂梁壓電振子的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與等尺寸的Ansys有限元模型的仿真分析結(jié)果的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)無(wú)論是壓電振子的頻率、峰值電壓還是峰值位移,仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果都能很好的吻合,以此驗(yàn)證了Ansys有限元仿真分析軟件分析壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)的可行性。4.根據(jù)應(yīng)用實(shí)際情況與懸臂梁壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)特點(diǎn),本文創(chuàng)新性的提出了多振子復(fù)合梁壓電發(fā)電結(jié)構(gòu),利用Ansys有限元仿真分析軟件的輔助設(shè)計(jì),分析了不同材料參數(shù)和聲學(xué)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響,最終確定了可較好匹配目標(biāo)頻率響應(yīng)譜線的復(fù)合梁結(jié)構(gòu)壓電發(fā)電裝置的參數(shù),并給出了仿真譜線與實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)比結(jié)果。5.設(shè)計(jì)出了一套美觀、實(shí)用、可行的將壓電發(fā)電裝置封裝成為一個(gè)便攜式手機(jī)殼的封裝方法,給出所有零件的設(shè)計(jì)圖,以及各零件的安裝方法,并呈現(xiàn)出手機(jī)安裝好多振子復(fù)合梁結(jié)構(gòu)壓電發(fā)電手機(jī)殼的最終效果設(shè)計(jì)圖。6.根據(jù)單片壓電振子實(shí)驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)一套滿足手機(jī)充電要求的充電電路,并做相關(guān)的測(cè)試,以確定設(shè)計(jì)電路可以完成預(yù)期功能。
[Abstract]:At present, mobile phones have become a product that people use every day, but the problem of poor endurance of smartphones and large-screen phones has been perplexing consumers and mobile phone manufacturers. According to the theoretical and experimental results of different piezoelectric power generation structures, a multi-oscillator composite beam structure is proposed based on the innovation of cantilever piezoelectric power generation structure, which can not only meet the actual needs of wide spectrum response. It can also absorb more vibration energy through the bending of the whole beam and transfer it to the piezoelectric oscillator. The model parameters suitable for the vibration frequency of mobile phone are determined by finite element simulation analysis, and the portable packaging design (mobile phone shell) is carried out, as well as the design and experiment of related circuits. The specific research contents are as follows: 1. Two kinds of piezoelectric power generation structures, cantilever beam structure and simply supported beam structure, which can be used to generate electricity by mobile phone, are tested repeatedly, and the average experimental results are compared and analyzed. It is found that the piezoelectric oscillator with cantilever structure is more suitable for mobile phone application environment. 2. In order to match the designed piezoelectric power generation device with the vibration frequency of mobile phone and achieve the best energy acquisition effect, the vibration frequency spectrum line of mobile phone after percussion is tested repeatedly in this paper, and the first peak frequency point is 1600Hz. 3. By comparing the experimental results of the cantilever piezoelectric oscillator with the simulation results of the equal size Ansys finite element model, it is found that the frequency, peak voltage and peak displacement of the piezoelectric oscillator are not only the frequency, peak voltage or peak displacement of the piezoelectric oscillator. The simulation results are in good agreement with the experimental results, which verifies the feasibility of analyzing piezoelectric power generation structure by Ansys finite element simulation analysis software. 4. According to the actual situation of application and the characteristics of cantilever beam piezoelectric power generation structure, the multi-vibrator composite beam piezoelectric power generation structure is innovatively proposed in this paper. The software of Ansys finite element simulation and analysis is used to design the composite beam piezoelectric power generation structure. The effects of different material parameters and acoustic parameters on the performance of the system are analyzed. Finally, the parameters of the piezoelectric power generation device with composite beam structure which can match the frequency response spectral lines of the target are determined, and the comparison results between the simulation spectral lines and the experimental tests are given. 5. A set of beautiful, practical and feasible packaging method of piezoelectric power generation device into a portable mobile phone shell is designed, and the design drawing of all parts and the installation method of each part are given. And presents the mobile phone installed many oscillator composite beam structure piezoelectric power generation mobile phone shell final effect design drawing. 6. According to the experimental results of single-chip piezoelectric oscillator, a set of charging circuit to meet the charging requirements of mobile phone is designed, and the relevant tests are made to make sure that the designed circuit can accomplish the desired function.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM619

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本文編號(hào)：2475338