壓電懸臂梁能量收集裝置系統(tǒng)建模與實驗研究.pdf

1、近年來，隨著無線通訊和微機電系統(tǒng)的發(fā)展，微型傳感器、執(zhí)行器技術等不斷進步并得到廣泛應用。這類微器件功耗很低，且要求相應的供電部件具有集成度高、體積小、無需更換、無人看管、壽命長等特點。而基于壓電效應的壓電能量收集技術在滿足以上要求的基礎上具有結構簡單、微小化、易于集成、可靠等優(yōu)點，正逐步受到國內(nèi)外關注和重視。
　　本文基于壓電懸臂梁建立相應的數(shù)學模型和有限元分析模型，旨在優(yōu)化和改善低頻振動換能器結構，增加工作振動頻率帶寬，提高輸出

2、響應性能，使之更加適應低頻振動環(huán)境。在此基礎上，設計新型壓電磁耦合懸臂梁能量收集器，建立其集總參數(shù)模型，分析結構在諧波激勵、隨機激勵下的響應特性，以及不同參數(shù)對于結構輸出性能的影響。最后，通過實驗分析研究壓電懸臂梁能量收集裝置的輸出特性，進一步驗證理論分析的可靠性。主要的工作如下：
　?。?）根據(jù)壓電能量收集器的基本結構模型，建立了相應的運動模型、集總參數(shù)模型，推導了基于長度、厚度比、標準化頻率等參數(shù)的相關表達式，分析了各參數(shù)對該

3、結構輸出性能的影響。
　?。?）基于有限元方法進行了該裝置的仿真與優(yōu)化分析，以ANSYS為平臺，完成了結構建模、靜力學分析、模態(tài)分析和諧響應分析；分析了基板尺寸、質(zhì)量塊高度、壓電層和粘貼層厚度等參數(shù)對結構諧振頻率、輸出電壓等輸出性能的實際影響情況。
　　（3）分析雙晶片壓電懸臂梁能量收集器的輸出性能，并在此基礎上提出磁力水平作用、垂直作用兩種形式的壓電磁耦合結構。建立結構等效集總參數(shù)模型，構造動力學方程和電路方程；利用Run