在中國,大大小小的森林?jǐn)?shù)目眾多,森林的各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)(如溫度、濕度、雨量等等)需要使用無線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,然而一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上布局的傳感器數(shù)目繁多,對(duì)其更換電池相當(dāng)不易�？紤]到森林中風(fēng)能資源無處不在且風(fēng)向多變,針對(duì)森林中風(fēng)能的這些特點(diǎn),本文設(shè)計(jì)出一款風(fēng)速杯式壓電風(fēng)能收集器,把環(huán)境周邊的風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能,為監(jiān)測(cè)森林環(huán)境的傳感器系統(tǒng)提供持續(xù)不斷的電能。希望可以為森林中傳感器節(jié)點(diǎn)更換電池難的問題,提供一個(gè)可行的解決方案。本文查閱了大量有關(guān)風(fēng)能收集的國內(nèi)外文獻(xiàn),分析和總結(jié)了各種風(fēng)能收集器的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn),針對(duì)森林中風(fēng)能方向多變的特點(diǎn),設(shè)計(jì)出一種風(fēng)速杯式壓電風(fēng)能收集裝置。首先,回顧了壓電材料的發(fā)電機(jī)理,對(duì)壓電懸臂梁的組成及固定方式做出了總結(jié),演算和推導(dǎo)出三種形狀的壓電懸臂梁的應(yīng)變表達(dá)式,給出了壓電風(fēng)能收集裝置的三維模型并介紹了其工作的基本原理;然后,使用ANSYS Workbench仿真軟件對(duì)三種形狀的壓電懸臂梁進(jìn)行了靜力學(xué)仿真分析,驗(yàn)證了應(yīng)變表達(dá)式的合理性,研究了尺寸參數(shù)和材料參數(shù)對(duì)壓電懸臂梁產(chǎn)生電壓的影響規(guī)律,此外對(duì)壓電懸臂梁的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真分析,為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試部分選取合適尺寸的...

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級(jí)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 振動(dòng)能量捕獲的分類與特點(diǎn)
    1.3 微型風(fēng)能收集器國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 壓電風(fēng)能收集器的工作原理
    2.1 壓電理論基礎(chǔ)
        2.1.1 壓電效應(yīng)
        2.1.2 四類壓電方程
        2.1.3 壓電基本參數(shù)
    2.2 壓電振子
        2.2.1 壓電振子的支撐方式
        2.2.2 壓電振子的工作模式
        2.2.3 壓電振子的連接方式
    2.3 壓電振子的俘能機(jī)理
    2.4 不同形狀的壓電懸臂梁發(fā)電能力分析
    2.5 風(fēng)能收集器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.5.1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及工作原理
        2.5.2 材料的選擇
    2.6 本章小結(jié)
第3章 壓電風(fēng)能收集器主要部件的參數(shù)優(yōu)化及仿真分析
    3.1 有限元法簡要介紹
    3.2 三種形狀的壓電懸臂梁有限元仿真分析
        3.2.1 壓電懸臂梁的材料及壓電參數(shù)
        3.2.2 壓電懸臂梁外觀尺寸及邊界條件施加
        3.2.3 壓電懸臂梁靜力分析結(jié)果
    3.3 壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
        3.3.1 懸臂梁長度、寬度對(duì)產(chǎn)生電壓的影響
        3.3.2 金屬基片厚度與壓電陶瓷片厚度對(duì)產(chǎn)生電壓的影響
        3.3.3 壓電陶瓷片與金屬基片長度比對(duì)產(chǎn)生電壓的影響
        3.3.4 基板材料對(duì)懸臂梁產(chǎn)生電壓的影響
    3.4 壓電懸臂梁的模態(tài)分析
        3.4.1 壓電懸臂梁的長度對(duì)其固有頻率的影響
        3.4.2 壓電懸臂梁的寬度對(duì)自身固有頻率的影響
    3.5 壓電懸臂梁的諧響應(yīng)分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 壓電風(fēng)能收集器的樣機(jī)制作與實(shí)驗(yàn)研究
    4.1 風(fēng)能收集器的樣機(jī)制作
        4.1.1 收集器的主體部分制作
        4.1.2 壓電懸臂梁的制作
    4.2 能量收集模塊的設(shè)計(jì)與制作
        4.2.1 能量收集基本原理
        4.2.2 能量收集電路的設(shè)計(jì)
    4.3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建
        4.3.1 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)
        4.3.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建
    4.4 風(fēng)能收集器的實(shí)驗(yàn)特性分析
        4.4.1 風(fēng)速對(duì)壓電懸臂梁輸出電壓和功率的影響
        4.4.2 外接負(fù)載對(duì)壓電懸臂梁輸出電壓和輸出功率的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 回顧與總結(jié)
    5.2 工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄



本文編號(hào)：3993152