物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得微電子設(shè)備趨向于低功耗化,故利用新型環(huán)境能量收集技術(shù)進(jìn)行自供電逐漸成為了可能。其中振動能量是應(yīng)用最為廣泛的能量之一。目前壓電式振動能量收集器大都是線性的,帶寬較窄,應(yīng)用范圍受到較大限制。故本文主要開展寬頻振動能量收集器的研究,以拓展壓電式振動能量收集器的適用范圍。本文結(jié)合非線性振動理論制備出寬頻能量收集器。該能量收集器是以鈦為基底,采用了改進(jìn)的浸漬提拉法在基底表面制備出一層PZT薄膜,并對其進(jìn)行極化。為了實(shí)現(xiàn)拓寬帶寬的目的,懸臂梁的長度、寬度和厚度分別設(shè)計(jì)為20mm,12mm和50μm,且在懸臂梁末端附著一個(gè)重為0.6422g的質(zhì)量塊。當(dāng)激振加速度為2m/s²時(shí),在提升頻率和降低頻率的過程中,能量收集器分別在16Hz和14.3Hz發(fā)生了能量收集效率突然上升的現(xiàn)象,并在一定頻率寬度內(nèi)仍保持較高的效率,該頻率寬度為1.7Hz。另外,當(dāng)負(fù)載為68kΩ時(shí),其最大輸出功率為0.406μW。本文還定性分析了激振加速度、懸臂梁長度和質(zhì)量塊質(zhì)量對能量收集器的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),激振加速度作為外在因素,它只與能量收集器的輸出電壓幅值成正比。而懸臂梁長度和質(zhì)量塊質(zhì)量作為內(nèi)...

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 研究目的和意義
    1.4 本文的工作內(nèi)容
第二章 基礎(chǔ)理論
    2.1 壓電理論
        2.1.1 壓電效應(yīng)與壓電方程
    2.2 振動能量收集器的結(jié)構(gòu)
        2.2.1 壓電懸臂梁的頻率特性
        2.2.2 懸臂梁的固有頻率
    2.3 非線性振動理論
        2.3.1 非線性振動的定性描述
        2.3.2 非線性振動的定量描述
    2.4 非線性振動能量收集器的影響因素
        2.4.1 外激勵(lì)的影響
        2.4.2 材料設(shè)計(jì)
    2.5 本章小結(jié)
第三章 振動能量收集器的制備
    3.1 薄膜制備的技術(shù)選擇以及改進(jìn)
        3.1.1 薄膜制備的技術(shù)選擇
        3.1.2 薄膜制備流程圖
        3.1.3 薄膜制備方案的改進(jìn)
    3.2 PZT溶液的制備
        3.2.1 原料試劑的選用
        3.2.2 原料試劑的配比和用量
        3.2.3 PZT溶液的配制
    3.3 PZT薄膜制備
        3.3.1 PZT薄膜制備前的準(zhǔn)備過程
        3.3.2 PZT薄膜制備過程
    3.4 鍍電極與極化
    3.5 PZT薄膜形態(tài)表征
        3.5.1 XRD介紹
        3.5.2 XRD測試
    3.6 本章小結(jié)
第四章 基于非線性振動的壓電式能量收集器的性能研究
    4.1 寬頻能量收集器的制備
    4.2 搭建測試系統(tǒng)
    4.3 能量收集器的理論分析
    4.4 器件發(fā)電性能分析以及比較
        4.4.1 器件工作頻率的測量
        4.4.2 器件的輸出功率測試
        4.4.3 性能對比
    4.5 本章小結(jié)
第五章 定性分析寬頻能量收集器的影響因素
    5.1 分析激振的加速度對能量收集器的影響
        5.1.1 理論分析激振加速度對能量收集器的影響
        5.1.2 定性分析實(shí)驗(yàn)中激振加速度的實(shí)際影響
    5.2 分析懸臂梁的長度對能量收集器的影響
        5.2.1 理論分析懸臂梁的長度對能量收集器的影響
        5.2.2 定性分析實(shí)驗(yàn)中懸臂梁長度的實(shí)際影響
    5.3 分析質(zhì)量塊的質(zhì)量的影響
        5.3.1 理論分析質(zhì)量塊的質(zhì)量對能量收集器的影響
        5.3.2 定性分析實(shí)驗(yàn)中質(zhì)量塊的質(zhì)量的實(shí)際影響
    5.4 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
附錄 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的專利和論文
致謝



本文編號：3818604