基于復合磁電材料的寬帶低頻振動能量采集器的研究.pdf

1、通過能量采集技術(shù)將環(huán)境中的振動能轉(zhuǎn)換成電能，從而為電子設備供電。這將實現(xiàn)電子設備的自供電，并且可提供長期電源。利用換能器的MEMS加工工藝，使電源集成到電子設備中，為實現(xiàn)電子設備的智能化、便攜化提供有利條件。
　　在包括風能、太陽能、熱能、振動能等各類能量采集中，振動能量的應用前景極其廣闊。通過國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的研究與分析發(fā)現(xiàn)振動能量采集器具備結(jié)構(gòu)簡單、與MEMS工藝兼容性較好、輸出能量密度大、無需啟動電源、便于與電子器件集成的優(yōu)點

2、。但也存在一些缺點：1）能量采集器必須與環(huán)境振動達到共振才能獲得較高的電能輸出，而大部分的振動能量采集器的固有頻率一定；2）振動能量采集器的固有頻率相對普遍存在與環(huán)境中的振動能的振動頻率來說都很高，必須采取相應的措施來降低能量采集器的固有頻率。因此，本文的目的是研究一種具有寬帶低頻特點的振動能量采集器。
　?。?）本文設計了一種新型的振動能量采集器。采集器主要由能量轉(zhuǎn)換器和雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，采集器的主要器件是Terfenol-

3、D/PZT/Terfenol-D復合磁電換能器。本文分析了復合磁電換能器的換能過程和復合方式。利用PZT的壓電效應和Terfenol-D的磁致伸縮效應，當復合磁電換能器在磁場中運動時，實現(xiàn)機械能到電能的轉(zhuǎn)換。
　?。?）完成了能量采集器各部分尺寸設計。換能器的能量轉(zhuǎn)化與永磁體空氣隙中的磁場強度密切相關(guān)。本文利用ansys軟件，對永磁體空氣隙磁路進行了仿真。通過理論分析得到了與系統(tǒng)實現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)密切相關(guān)的參數(shù)。通過matlab仿真得到當

4、永磁體間距d小于5.5mm時所設計的能量采集器表現(xiàn)出顯著的雙穩(wěn)態(tài)特性。利用matlab中的simulink工具箱。取d=5mm，輸入一個帶有噪聲的正弦信號，得到系統(tǒng)的位移響應具有雙穩(wěn)態(tài)特性。
　　（3）完成了振動能量收集電路設計。該電路用于將采集器輸出的不規(guī)則的、波動性較大的電能存儲起來，為電子元件提供一個穩(wěn)定的電源。選擇了MAX1795芯片，該芯片可實現(xiàn)電壓從2V到5.5V的調(diào)節(jié)。
　　（4）進行了實驗驗證。在輸入信號為2