懸臂梁式壓電俘能器理論和實驗研究.pdf

1、如何向微電子產(chǎn)品無線供能是當(dāng)前研究的一個熱點問題。由于電池供電本身的缺陷和使用環(huán)境的限制，使人們更加熱衷于研究無源供能技術(shù)。由壓電材料制成的壓電發(fā)電裝置具有不發(fā)熱、無電磁干擾、無污染，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制作和實現(xiàn)機構(gòu)的微小化、集成化等優(yōu)點，因而備受關(guān)注。近年來，將壓電材料產(chǎn)生的電能用作驅(qū)動微功率電器電源的研究才剛剛開始，但已經(jīng)展示出壓電發(fā)電與能量存儲技術(shù)的光明前景。
　　本文在查閱了大量文獻的基礎(chǔ)上，針對懸臂梁式壓電俘能器進行了理

2、論和實驗研究。從壓電方程和熱平衡出發(fā)，建立了壓電片與基板的厚度比與輸出電壓數(shù)學(xué)模型，得出了不同基板材料的最佳厚度比；建立矩形、梯形、三角形壓電振子與輸出電壓的數(shù)學(xué)模型，對俘能系統(tǒng)進行了形狀優(yōu)化，從而提高俘能效率。
　　在理論分析的基礎(chǔ)上，對懸臂梁式壓電俘能器進行有限元分析及模擬，得出了懸臂梁式俘能器結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對輸出電壓和固有頻率的影響；矩形、梯形、三角形等不同壓電振子形狀對輸出電壓的影響；壓電片重合度對輸出電壓的影響，進一步驗證

3、了理論的正確性。在此基礎(chǔ)上，對壓電俘能系統(tǒng)進行了電路調(diào)試并對激勵裝置進行了振動測試，確保實驗的有效進行。
　　最后，建立了懸臂梁式壓電俘能器俘能實驗系統(tǒng)，考察了矩形、梯形、三角形不同形狀壓電振子的電壓輸出以及功率輸出，發(fā)現(xiàn)三角形壓電振子的輸出功率最高，俘能性能最好；考察了不同厚度比對電壓及功率的影響，得出了磷青銅單晶片的最佳厚度比；考察了不同重合度對振子電壓和功率的影響，得出了壓電雙晶片的最佳重合度，并針對最佳重合度的懸臂量式壓電