一種新型的可調(diào)頻壓電俘能器的研究.pdf

1、隨著傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)電源已無法滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的要求，因此俘獲環(huán)境能量并將其轉(zhuǎn)換為電能為無線傳感器供電成為傳統(tǒng)電源的一種替代方案。環(huán)境中的振動能憑借能量來源廣泛、收集方便的特點(diǎn)而成為了很具吸引力的環(huán)境能量源。振動能量的回收方式主要有三種，即電磁式、靜電式和壓電式。其中壓電俘能方式可以直接將施加的應(yīng)變能轉(zhuǎn)化成電能，適用于各種尺度，結(jié)構(gòu)相對簡單，無需額外

2、的電源，而且易于集成。
　　大多數(shù)振動能俘能器都采用彈簧質(zhì)量阻尼結(jié)構(gòu)并使該結(jié)構(gòu)的固有頻率與俘能器周圍環(huán)境振動的頻率一致。只要這兩個頻率存在很小的偏差，俘能器產(chǎn)生的能量就會顯著減小，從而導(dǎo)致俘能器輸出的明顯減少。為解決這一問題，寬頻和可調(diào)頻壓電俘能技術(shù)被提出和研究。然而目前可調(diào)頻俘能技術(shù)尚未成熟，存在驅(qū)動裝置體積較大及調(diào)頻環(huán)節(jié)耗能過大等主要問題。
　　本文在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，提出一種新型的結(jié)構(gòu)緊湊的可調(diào)頻壓電俘能技術(shù)，使得俘

3、能器結(jié)構(gòu)的固有頻率可以根據(jù)周圍環(huán)境的振動頻率進(jìn)行調(diào)整。本文采用理論分析、模擬仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法系統(tǒng)研究和分析了這種可調(diào)頻陣列式壓電懸臂梁俘能器，根據(jù)壓電元件剛度因電學(xué)邊界條件的不同而發(fā)生變化的特性，通過改變其電學(xué)邊界條件來改變壓電懸臂梁的固有頻率，使壓電懸臂梁與環(huán)境振動頻率相同或相近，獲得盡可能大的俘能輸出。本文還設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于微控制器的壓電懸臂梁振動頻率及幅度測量系統(tǒng)，并對壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)的調(diào)頻方案進(jìn)行研究，為將來實(shí)現(xiàn)自調(diào)頻俘