對(duì)于一種壓電晶體能量收集器的非線性分析.pdf

1、在過(guò)去十幾年的時(shí)間中，收集環(huán)境浪費(fèi)的能量用于支持低耗能電子元件的運(yùn)行的技術(shù)收到廣泛關(guān)注。能量收集器因其機(jī)電轉(zhuǎn)換方式不同可以分為壓電型、電磁型和靜電型三種，而其中尤以壓電型受到最多關(guān)注，主要因?yàn)閴弘娋w能量收集器有較大的能量密度，而且這種類型的能量收集器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。所以，我們也主要研究了這種類型的能量收集器。在本文中，我們主要研究了一個(gè)典型的壓電非線性能量采集器，它包括兩個(gè)由含有電載荷的電路連接的永磁體，動(dòng)磁體裝在由壓電材料組成的懸臂

2、量的端部，懸臂梁另一端連接振動(dòng)源，另一個(gè)永磁體固定在動(dòng)磁體對(duì)面。
　　首先，我們研究了在諧波激勵(lì)下的雙穩(wěn)態(tài)壓電晶體能量收集器的頻率響應(yīng)，并且主要研究了動(dòng)靜磁體的距離對(duì)系統(tǒng)非線性的影響。懸臂的勢(shì)能函數(shù)圖展示了當(dāng)動(dòng)靜磁體之間的距離減小時(shí)，系統(tǒng)會(huì)由單穩(wěn)態(tài)向雙穩(wěn)態(tài)過(guò)渡的過(guò)程。動(dòng)靜磁體之間的距離是這種壓電晶體能量收集器的調(diào)諧參數(shù)，可以通過(guò)減小動(dòng)靜磁體之間的距離使能量收集器系統(tǒng)系統(tǒng)由線性向非線性轉(zhuǎn)變。我們希望從這方面的研究結(jié)果，得到最佳的運(yùn)行

3、參數(shù)。在線性條件下，我們獲得了壓電晶體能量收集器的典型的共振曲線。減小動(dòng)磁體和靜磁體之間的距離Δ，我們發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的較大輸出功率的頻率值相對(duì)于線性區(qū)域變大了。為了更好地研究非線性區(qū)域的性質(zhì)，我們特別研究了Δ=3mm的典型非線性壓電晶體能量收集器，發(fā)現(xiàn)除了能量收集器可用頻率范圍增加之外，當(dāng)激勵(lì)頻率比較小的時(shí)候，電位勢(shì)壘會(huì)阻止動(dòng)磁體通過(guò)平衡位置，所以系統(tǒng)只能在懸臂勢(shì)能最小點(diǎn)左右振動(dòng)。
　　其次，我們應(yīng)用積分方程法研究了能量收集模型在不同參

4、數(shù)下的周期解問(wèn)題。積分方程法在非線性振動(dòng)和磁流體自激發(fā)電領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有良好的數(shù)值魯棒性和精確性。壓電晶體能量收集器的無(wú)量綱控制方程被用于求解周期解，這是一個(gè)典型的非線性二階微分方程，還包括了動(dòng)磁體位移和電壓的耦合方程。積分方程法可以減小計(jì)算難度和計(jì)算成本。應(yīng)用積分方程法推導(dǎo)壓電晶體能量收集器的周期解的全部過(guò)程被詳細(xì)給出。我們還研究了激振頻率變化對(duì)周期解的穩(wěn)定性和分叉的影響。在本文中，周期解的穩(wěn)定性分析主要使用單值矩陣的方法來(lái)進(jìn)行。單