本文關(guān)鍵詞：多自由度寬頻帶壓電—磁電復(fù)合式動能采集器研究

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【摘要】：目前,隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,無線傳感器等低功耗電子器件得到廣泛的應(yīng)用。但這些器件大多分布在環(huán)境苛刻、人類難以直接接近的地方,傳統(tǒng)供電方式因其自身的弊端已經(jīng)無法滿足上述新興技術(shù)對電能的需求。振動能量作為一種新型環(huán)境能量,可以對其進行回收并轉(zhuǎn)換為電能,為特定環(huán)境下的無線傳感器等器件進行供電。因此,如何對振動能量進行采集并提高利用率已經(jīng)成為眾多研究者們所關(guān)注的問題。本文首先對動能采集器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了歸納總結(jié),并對目前的研究所存在的不足之處進行了分析,提出了一種具有寬頻帶特性的多自由度壓電-磁電復(fù)合式動能采集器。隨后,基于動能采集器的工作原理,設(shè)計出了帶有彈性放大裝置的多自由度動能采集裝置,并分析了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下其振動放大特性對結(jié)構(gòu)動力學(xué)輸出性能的影響。換能結(jié)構(gòu)設(shè)計中,本文采用了壓電-磁電復(fù)合式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),并對其結(jié)構(gòu)特性進行了仿真與優(yōu)化。最后,將所設(shè)計的結(jié)構(gòu)制作成試驗樣機,并對其進行性能測試。研究結(jié)果顯示,該采集器不同的工作頻率下出現(xiàn)了兩個振動峰值,并且隨著結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化,兩個峰值間距縮短,最終形成一個寬頻帶窗口,驗證了采集器的寬頻帶動能采集特性。通過實驗測試進一步得出,與壓電或磁電換能系統(tǒng)各自的輸出性能相比,壓電-磁電復(fù)合式換能系統(tǒng)的總體輸出性能有所提高。
【關(guān)鍵詞】：動能采集 多自由度 寬頻帶 彈性放大裝置 壓電-磁電
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP274.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-29
• 1.1 研究背景及意義15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-27
• 1.2.1 壓電式動能采集16-20
• 1.2.2 磁電式動能采集20-25
• 1.2.3 靜電式動能采集25-26
• 1.2.4 復(fù)合式動能采集26-27
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容27-29
• 第二章 復(fù)合式動能采集器的工作原理及理論分析29-51
• 2.1 拾振系統(tǒng)的物理模型分析29-46
• 2.1.1 單自由度拾振系統(tǒng)物理模型分析29-39
• 2.1.1.1 單自由度有阻尼系統(tǒng)的自由振動29-33
• 2.1.1.2 簡諧力激勵下的受迫振動33-35
• 2.1.1.3 基礎(chǔ)簡諧激勵下的受迫振動35-39
• 2.1.2 無限自由度系統(tǒng)的彎曲振動39-46
• 2.1.2.1 基礎(chǔ)激勵下無末端質(zhì)量塊懸臂梁的彎曲振動39-43
• 2.1.2.2 基礎(chǔ)激勵下帶有末端質(zhì)量塊懸臂梁的彎曲振動43-46
• 2.2 能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工作原理分析46-50
• 2.2.1 磁電能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)46-48
• 2.2.2 壓電能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)48-50
• 2.3 本章小結(jié)50-51
• 第三章 多自由度寬頻帶動能采集器結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化51-61
• 3.1 多自由度寬頻帶動能采集器結(jié)構(gòu)設(shè)計51-52
• 3.2 多自由度寬頻帶動能采集器拾振系統(tǒng)分析與優(yōu)化52-59
• 3.2.1 拾振系統(tǒng)物理模型建立及動力學(xué)分析52-55
• 3.2.2 拾振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)分析及優(yōu)化55-57
• 3.2.3 拾振系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析57-59
• 3.3 本章小結(jié)59-61
• 第四章 采集器能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化61-75
• 4.1 磁電能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)61-70
• 4.1.1 磁性材料選擇61-62
• 4.1.2 磁路設(shè)計與優(yōu)化62-65
• 4.1.3 磁電換能結(jié)構(gòu)有限元仿真65-70
• 4.2 壓電式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)70-74
• 4.2.1 壓電材料選擇70-72
• 4.2.2 壓電換能結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化72-74
• 4.3 本章小結(jié)74-75
• 第五章 多自由度寬頻帶復(fù)合式動能采集器性能測試75-85
• 5.1 多自由度寬頻帶復(fù)合式動能采集器樣機制作75
• 5.2 實驗測試方案設(shè)計75-76
• 5.3 多自由度寬頻帶動能采集器輸出性能測試與分析76-83
• 5.3.1 壓電換能系統(tǒng)振動測試及輸出特性分析77-79
• 5.3.2 磁電換能系統(tǒng)振動測試及輸出特性分析79-82
• 5.3.3 壓電-磁電復(fù)合式換能系統(tǒng)的輸出特性分析82-83
• 5.4 本章小結(jié)83-85
• 第六章 總結(jié)與展望85-88
• 6.1 論文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點85-86
• 6.2 未來工作展望86-88
• 參考文獻88-92
• 致謝92-93
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93

【參考文獻】

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本文編號：1130271