懸臂梁式壓電俘能器俘能性能的仿真與實驗研究.pdf

1、隨著微機電系統(tǒng)、便攜式電子設(shè)備及無線傳感器的廣泛應(yīng)用，如何向微電子產(chǎn)品供能已經(jīng)成為當前研究的熱點問題。由于傳統(tǒng)的化學(xué)電池供能方式有明顯的不足，比如電池能量有限，使用壽命短，環(huán)境污染以及需要定期更換等，迫切需要新的供能方式。研究人員開始致力于尋求在環(huán)境中提取能量為微電子產(chǎn)品供能的方法。壓電發(fā)電裝置具有俘能效率高、發(fā)熱小、環(huán)境友好，無電磁干擾、易加工，便于微型化和集成化等諸多優(yōu)點，具有良好的應(yīng)用前景，逐漸成為研究熱點。其中懸臂梁式壓電俘能器

2、結(jié)構(gòu)簡單，諧振頻率低，與環(huán)境中的振動頻率相接近，一般工作在諧振狀態(tài)下，能輸出較高的能量，因此本文以懸臂梁式壓電俘能器為研究對象，針對其俘能性能進行了仿真分析和實驗研究。
　　首先對懸臂梁式壓電俘能器進行了仿真分析，把壓電俘能器等效為一個包括理想電壓源、電阻、電感和電容的電源，并得出不同頻率下的參數(shù)值。在此基礎(chǔ)上，進行了負載阻抗的仿真分析，分析了負載阻抗為匹配的電阻、電容和電感時壓電俘能器的最優(yōu)輸出功率；然后進一步分析了阻尼比對懸臂

3、梁式壓電俘能器俘能性能的影響。
　　接著建立了單懸臂梁式壓電俘能器、多懸臂梁式壓電俘能器和多模態(tài)寬頻壓電俘能器的有限元模型，并分析了末端質(zhì)量塊對俘能性能的影響。然后通過 ANSYS和Multisim仿真分析比較了三種懸臂梁式壓電俘能器的俘能性能。
　　最后，為了驗證仿真分析的正確性，制作了多套懸臂梁式壓電俘能器裝置并搭建了實驗系統(tǒng)。并利用激光測振儀和阻抗分析儀測量了各類壓電俘能器的振動模態(tài)和阻抗特性，測量結(jié)果與仿真分析結(jié)果基