微型寬帶振動(dòng)換能器分形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).pdf

1、隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式智能結(jié)構(gòu)以及可穿戴式健康監(jiān)測等功率低、獨(dú)立工作系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對(duì)長壽命的獨(dú)立電源供應(yīng)技術(shù)的需求越來越強(qiáng)烈。振動(dòng)機(jī)械能是一種存在范圍很廣的能量形式，尤其在許多人們難以進(jìn)入的地方都有振動(dòng)源存在，微型寬帶振動(dòng)換能器是一種獲取振動(dòng)能量的供能裝置。
　　本論文主要研究了微型寬帶振動(dòng)換能器分形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，是為了解決目前振動(dòng)換能器主要存在的兩個(gè)問題：一是帶寬較窄，二是能量密度較低?；谶@樣的目的提出了微型寬帶振動(dòng)換能器

2、中一種新的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)——分形結(jié)構(gòu)。分形結(jié)構(gòu)具有不規(guī)則和自相似性的特點(diǎn)，不規(guī)則性使其具有較多的固有頻率點(diǎn)，能夠在較寬的頻譜范圍中總是會(huì)源源不斷的收集環(huán)境中的振動(dòng)能量；自相似性使其具有較多相近似的固有頻率點(diǎn)，在滿足共振條件時(shí)能產(chǎn)生較多的能量輸出；從而解決了振動(dòng)換能器帶寬窄和能量密度低的問題。
　　本論文所設(shè)計(jì)的分形結(jié)構(gòu)以聚偏二乙烯氟化物（PVDF）壓電薄膜和懸臂梁為理論基礎(chǔ)。經(jīng)過對(duì)不同壓電材料特性的對(duì)比，選用PVDF壓電薄膜作為壓電材料

3、；經(jīng)過對(duì)帶質(zhì)量塊和不帶質(zhì)量塊的懸臂梁分析，奠定了分形結(jié)構(gòu)的分析思路。根據(jù)peano分形的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了peano分形結(jié)構(gòu)的模型，并基于頻點(diǎn)和頻數(shù)的關(guān)系曲線圖，重新優(yōu)化了所設(shè)計(jì)的peano分形模型。通過分析 peano分形模型的頻率特性和電學(xué)特性，統(tǒng)計(jì)得到了大量的數(shù)據(jù)和圖形，從理論上驗(yàn)證了分形結(jié)構(gòu)帶寬較大，能量密度較高的特點(diǎn)。使用COMSOL Multiphysics軟件對(duì)分形結(jié)構(gòu)有限元建模。對(duì)PVDF壓電薄膜的懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模，驗(yàn)