隨著無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點的發(fā)展,近幾年來由微傳感器件組成的醫(yī)學植入系統(tǒng)、埋植檢測系統(tǒng)等技術越發(fā)成熟,其功耗隨著微器件的功耗降低而接近毫瓦甚至微瓦級。傳統(tǒng)電池技術由于自身儲能密度有限、需要人力定期更換等缺點,無法滿足該類器件及系統(tǒng)的供能需求。因此,提出了從環(huán)境中采集能量從而持久供能的自供能能量采集技術。常見的環(huán)境能包括熱能、風能、太陽能、振動能等。其中,振動能以其無處不在的特質(zhì)而具有巨大的開發(fā)潛力。振動能量采集器多采用懸臂梁結(jié)構,對薄板結(jié)構的振動能量采集器少有研究。相比于懸臂梁結(jié)構,周邊固支的薄板結(jié)構具有穩(wěn)定不易損壞的優(yōu)點,更適用于為廣泛埋植于各種復雜惡劣環(huán)境的無線監(jiān)測系統(tǒng)供能。本文圍繞基于圓形薄板結(jié)構的復合機制振動能量采集器展開研究工作。在對國內(nèi)外研究深入探討分析的基礎上,提出了一種新型蛛網(wǎng)狀薄板結(jié)構的壓電/電磁復合式振動能量采集器。為提高低頻環(huán)境下能量采集器的輸出功率,提出了圓薄板結(jié)構壓電/電磁復合機制以實現(xiàn)弱耦合下高效采集振動能量的設計方案。研究了影響兩種機制輸出功率的關鍵因素,結(jié)合圓薄板的彈塑性力學、振動力學模型及機電等效電路,建立單一機制及復合機制下振動能量采集器的Simulink... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：102 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 能量采集器研究現(xiàn)狀
        1.2.1 壓電能量采集技術
        1.2.2 電磁能量采集技術
        1.2.3 靜電能量采集技術
        1.2.4 復合式能量采集技術
    1.3 論文研究內(nèi)容
第2章 振動能量采集器基礎設計理論研究
    2.1 振動能量采集器的力學模型
        2.1.1 集中參數(shù)模型
        2.1.2 阻尼比的測量方法
    2.2 壓電換能機制
        2.2.1 壓電效應原理
        2.2.2 壓電材料的選取
    2.3 電磁換能機制
    2.4 靜電換能機制
    2.5 復合式振動能量采集器的設計方案
    2.6 本章小結(jié)
第3章 壓電電磁復合能量采集器理論建模及耦合強度分析
    3.1 復合式振動能量采集器建模思路
    3.2 復合式振動能量采集器的理論模型建立
        3.2.1 壓電機制振動能量采集器模型
        3.2.2 電磁機制振動能量采集器模型
        3.2.3 復合機制振動能量采集器模型
    3.3 耦合強度對復合機制的電輸出影響
    3.4 本章小結(jié)
第4章 蛛網(wǎng)狀薄板振動能量采集器的結(jié)構設計與優(yōu)化
    4.1 蛛網(wǎng)狀支撐層結(jié)構的提出
    4.2 微觀尺度下的蛛網(wǎng)狀薄板的性能探究
        4.2.1 去除區(qū)域百分比對結(jié)構性能的影響
        4.2.2 去除角度對固有頻率的影響
    4.3 宏觀尺度下蛛網(wǎng)結(jié)構的優(yōu)化與分析
    4.4 磁鐵形狀對壓電層輸出電壓的影響
    4.5 磁鐵與線圈相對位置對感應電壓的影響
    4.6 本章小結(jié)
第5章 振動能量采集器的性能及實驗研究
    5.1 測試系統(tǒng)搭建
    5.2 壓電機制能量采集器的性能實驗
        5.2.1 蛛網(wǎng)結(jié)構薄板對壓電能量采集器性能的影響
        5.2.2 帶有質(zhì)量塊的蛛網(wǎng)結(jié)構薄板對采集器性能的影響
    5.3 復合機制能量采集器的性能試驗
        5.3.1 壓電/電磁機制的輸出電壓比較
        5.3.2 蛛網(wǎng)結(jié)構對電磁性能的提升
        5.3.3 增大磁鐵對電磁及壓電機制輸出性能的影響
        5.3.4 對于非線性跳躍現(xiàn)象增大輸出性能的討論
    5.4 壓電機制的阻抗分析
    5.5 能量收集電路及性能評估
    5.6 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 主要研究內(nèi)容及結(jié)論
    6.2 未來工作展望
參考文獻
作者簡介及碩士期間攻讀成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]壓電振動能量收集電路的設計與實驗研究[J]. 魏勝.  壓電與聲光. 2017(01)
[2]壓電振動能量采集器的標準能量采集電路及充放電電路的性能研究[J]. 廖巍,周志垚,沈浩,謝航,王佩紅.  電子技術. 2016(10)
[3]當前清潔能源的發(fā)展概況[J]. 李宇灝.  地球. 2015(09)
[4]微型振動式能量采集器研究進展[J]. 許卓,楊杰,燕樂,曹嘉峰,陳曉勇,丑修建.  傳感器與微系統(tǒng). 2015(02)
[5]Energy harvester array using piezoelectric circular diaphragm for rail vibration[J]. Wei Wang,Rong-Jin Huang,Chuan-Jun Huang,Lai-Feng Li.  Acta Mechanica Sinica. 2014(06)
[6]蒲公英狀壓電振動能量收集裝置寬頻帶設計[J]. 劉祥建,陳仁文,侯志偉.  光學精密工程. 2014(07)
[7]蜘蛛絲Ⅰ:超級力學性能[J]. 蔣持平.  力學與實踐. 2014(01)
[8]振動能量收集技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 劉成龍,孟愛華,陳文藝,李厚福,宋紅曉.  裝備制造技術. 2013(12)
[9]微型振動能量收集器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 陳文藝,孟愛華,劉成龍.  微納電子技術. 2013(11)
[10]功率型壓電陶瓷的分類及研究進展[J]. 廖擎瑋,陳小隨,郭棟.  應用聲學. 2013(06)

博士論文
[1]基于壓電厚膜的MEMS振動能量采集器研究[D]. 唐剛.上海交通大學 2013

碩士論文
[1]基于雙極性駐極體的微振動能量采集器研究[D]. 李岳峰.杭州電子科技大學 2017
[2]低頻響應壓電—電磁復合式能量采集器設計制造研究[D]. 陳東紅.中北大學 2016
[3]壓電式多方向風致振動能量采集器研究[D]. 趙江信.重慶大學 2016
[4]基于MEMS技術的非線性靜電式能量采集器的研究[D]. 傅利峰.浙江大學 2016



本文編號：3501835