基于壓電效應(yīng)的環(huán)境俘能技術(shù)研究.pdf

1、近年來，如何實(shí)現(xiàn)微機(jī)電系統(tǒng)器件長時(shí)間供能已成為亟待解決的問題。尋求可持續(xù)的供電方法來代替電池供電是突破器件壽命瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。目前，基于環(huán)境振動(dòng)的壓電俘能技術(shù)是一個(gè)解決該問題的新方法。本文在基于壓電俘能器的最佳厚度比研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型的回環(huán)型壓電俘能器，并對(duì)其能量輸出特性進(jìn)行深入的分析。
　　首先，在恒力的作用下，基于壓電理論和振動(dòng)方程建立了壓電俘能器的能量轉(zhuǎn)換模型。利用MATLAB和ANSYS分析得到，存在一個(gè)最佳厚度

2、比使俘能器的能量輸出更大。
　　其次，設(shè)計(jì)了新型的矩形回環(huán)壓電俘能器，并進(jìn)行了靜態(tài)、模態(tài)和諧響應(yīng)分析。隨著回環(huán)型壓電俘能器臂的增加，諧振頻率逐漸降低，當(dāng)臂的個(gè)數(shù)為N=9時(shí)，矩形回環(huán)的前三階諧振頻率分別為6.3Hz，32.5Hz和38.0Hz。
　　對(duì)矩形回環(huán)壓電俘能器進(jìn)一步優(yōu)化，設(shè)計(jì)了新型低頻的梯形回環(huán)壓電俘能器。在相同發(fā)電面積和結(jié)構(gòu)的情況下，梯形回環(huán)較矩形回環(huán)壓電俘能器有更高的能量輸出，提高了71.4％。通過 ANSYS仿

3、真可以發(fā)現(xiàn)這兩種回環(huán)型結(jié)構(gòu)可以均縮小相鄰階次諧振頻率，大大提高了諧振響應(yīng)，提高了能量輸出。引入了邊峰抑制比 SPI來衡量二者的寬頻能力，梯形回環(huán)壓電俘能器比矩形回環(huán)壓電俘能器有更低的SPI，所以其寬頻能力較矩形回環(huán)更高，提高了16.5%。
　　最后，制備壓電俘能器樣機(jī)，實(shí)驗(yàn)與理論、仿真相吻合。梯形回環(huán)較矩形回環(huán)1.8V以上有效帶寬提高了13Hz；在5.5m/s2的加速度下，可以產(chǎn)生150mW的功率。
　　本文研究設(shè)計(jì)了一種新