雙穩(wěn)態(tài)擺動式振動能量收集器的動力學(xué)特性研究.pdf

1、實時狀態(tài)監(jiān)測已經(jīng)成為二十一世紀(jì)重要的研究領(lǐng)域，分布式無線傳感網(wǎng)絡(luò)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控以及戰(zhàn)場態(tài)勢感知等諸多領(lǐng)域具有重要的戰(zhàn)略地位，如何有效地為物信網(wǎng)中眾多無線微傳感器節(jié)點提供永久電源是面臨的首要棘手問題。傳統(tǒng)的電源電池難以從根本上解決無線微傳感器節(jié)點的永久供電問題，打破原始供電模式，收集外部環(huán)境的振動能量并轉(zhuǎn)化為電能的能量捕獲技術(shù)在近幾年受到廣泛重視。本文提出了一種雙穩(wěn)態(tài)擺動式振動能量收集器，并對其動力學(xué)特性進(jìn)行了研究，主要工作

2、有：
　　闡述了雙穩(wěn)態(tài)擺動式振動能量收集器的研究背景及意義；介紹了電磁式雙穩(wěn)態(tài)振動能量收集器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；最后對非線性振動的定量分析方法進(jìn)行了介紹并詳細(xì)說明了快慢變量分離法的應(yīng)用。
　　建立了一種雙穩(wěn)態(tài)擺動式振動能量收集器的力學(xué)模型，利用拉格朗日方程建立了其數(shù)學(xué)模型，通過快慢變量分離法分析了系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，并對簡諧激勵下振動能量收集器的響應(yīng)特性進(jìn)行了研究，使用數(shù)值計算分析了激勵頻率和幅值變化時的響應(yīng)特性。雙穩(wěn)態(tài)電磁

3、式振動能量收集器在激勵頻率比較低時，小的激勵幅值也能使系統(tǒng)獲得足夠的能量跨過勢壘做大幅運動，而當(dāng)激勵頻率增大時，產(chǎn)生大幅運動所需要的激勵幅值也越大。
　　模擬了高斯白噪聲和有色噪聲，根據(jù)簡諧激勵下系統(tǒng)的動力學(xué)方程推導(dǎo)出了在隨機激勵下系統(tǒng)的動力學(xué)方程，并對其進(jìn)行了數(shù)值仿真，得到了不同噪聲強度下振動能量收集器的動力學(xué)響應(yīng)。當(dāng)噪聲強度比較小的時，振動能量收集器得不到足夠的能量，質(zhì)量塊只能在一個平衡點附近作小幅的隨機振動；當(dāng)噪聲強度增加，