壓電非線性俘能電路及其在道路狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、道路環(huán)境中存在豐富的機(jī)械振動(dòng)能量，采用壓電振動(dòng)能量收集技術(shù)可將其轉(zhuǎn)換為電能，進(jìn)而可以有效解決道路狀態(tài)監(jiān)測(cè)及健康監(jiān)測(cè)中無線傳感器的供電問題。結(jié)合機(jī)械振動(dòng)學(xué)與電學(xué)相關(guān)學(xué)科知識(shí)，本文采用理論計(jì)算、數(shù)值分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究了壓電非線性俘能電路及其在道路狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用問題。具體開展的工作及主要成果如下:
　　1.結(jié)合壓電方程及懸臂梁理論，系統(tǒng)分析了壓電懸臂梁的動(dòng)力特性，給出了壓電懸臂梁的機(jī)電轉(zhuǎn)換模型;基于壓電元件等效模型，

2、從理論上對(duì)比研究了五種接口電路（串聯(lián)SSHI接口電路、并聯(lián)SSHI接口電路、經(jīng)典接口電路、VD接口電路、SECE接口電路）能量輸出特性;
　　2.研究并設(shè)計(jì)了適用于道路中能量收集的壓電懸臂梁俘能器結(jié)構(gòu)，通過Comsol多物理場(chǎng)有限元軟件對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果建立了相應(yīng)的機(jī)電等效模型;進(jìn)一步根據(jù)建立的懸臂梁機(jī)電模型，采用PSPICE軟件對(duì)不同接口電路進(jìn)行數(shù)值研究;
　　3.設(shè)計(jì)了兩種可實(shí)際應(yīng)用的能量收集電路（即

3、經(jīng)典能量收集電路和VD能量收集電路），并通過數(shù)值模擬對(duì)比研究了這兩種能量收集電路的俘能特性。研究結(jié)果表明:VD電路俘能效率優(yōu)于經(jīng)典能量收集電路;
　　4.通過壓電懸臂梁式俘能器的實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)試了不同形式能量采集接口電路和能量采集電路的俘能性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，VD能量采集接口電路功耗小于經(jīng)典接口電路。VD能量采集電路輸出電能為經(jīng)典能量采集電路輸出電能的1.18倍。由此驗(yàn)證了，VD能量采集電路的優(yōu)越性。
　　本文研究了壓電懸臂梁