懸臂梁壓電振動能量收集系統(tǒng)輸出功率的優(yōu)化.pdf

1、壓電式振動能量采集方法因其機電轉換系數(shù)高、清潔環(huán)保、易于小型化等優(yōu)點，成為振動能量采集領域研究的重點之一。當壓電換能器工作頻率在諧振點時，有最大功率輸出;當其工作頻率偏離諧振點時，輸出功率會大幅下降。因此，如何拓寬其工作頻帶，讓其在非諧振點處也有較大的輸出功率，對壓電能量收集研究提出了更高的要求。本文以提高懸臂梁壓電發(fā)電系統(tǒng)在非諧振點處輸出功率為最終目標，在對其進行理論建模分析基礎上，提出了串、并聯(lián)電感以實現(xiàn)無功補償來提高輸出功率的方法

2、，研究了機電耦合度及激振加速度兩個參數(shù)對其輸出功率的影響，并分別進行了實驗驗證。最后，對并聯(lián)電感帶有標準儲能的電路進行了功率特性分析，嘗試設計了后端能量存儲及管理電路，并分析了該電路對無線傳感節(jié)點的供電能力。
　　通過對壓電懸臂梁集總模型分析，并基于壓電振子的阻抗特點，提出了利用串、并聯(lián)電感對壓電懸臂梁進行功率補償?shù)姆椒āＪ紫?，通過對改進的壓電懸臂梁電路進行機電耦合分析，預測了匹配電阻、匹配電感、最大輸出功率及功率提高倍數(shù)，并仿真

3、分析了輸出功率在不同電感值時隨負載電阻的變化規(guī)律。其次，從阻抗匹配的角度，分析了串、并聯(lián)電感提高輸出功率的機理。再次，通過實驗比較了并聯(lián)電感電路與無電感電路的功率曲線，分析了不同激振頻率下并聯(lián)電感來改善輸出功率的可行性。結果表明，當激振頻率分別為諧振頻率的0.8和1.2倍時，并聯(lián)電感后最大輸出功率分別是純電阻負載的31.5和18.2倍，實驗結果與理論分析基本一致。最后，提出了以已有壓電懸臂梁為參考進行不同機電耦合度的懸臂梁逆向設計方法，

4、分析了機電耦合度對輸出功率的影響，得出了在特定環(huán)境及結構參數(shù)約束條件下，存在一匹配機電耦合度使得輸出功率最大的結論。研究了三種激振加速度幅值條件下輸出功率變化規(guī)律及其工作頻帶特點，結果表明激振加速度越大輸出功率越大，同時工作頻帶有微弱的拓寬作用。
　　實驗首先探究了偏離諧振點時并聯(lián)電感帶有標準儲能的電路輸出功率的特性。其次比較了并聯(lián)電感的標準儲能電路和同步開關電感電路在提高輸出功率方面各自的特點。最后，設計了能量存儲及管理電路。結