壓電式低頻環(huán)境振動能量采集裝置的研究.pdf

1、隨著人們對環(huán)境問題的關(guān)注以及對新能源的渴望，新型環(huán)保的能量采集技術(shù)成為國內(nèi)外研究學(xué)者探究的熱點(diǎn);同時隨著對半導(dǎo)體元件的集成化與MEMS技術(shù)研究的不斷深入，將振動機(jī)械能通過采集技術(shù)轉(zhuǎn)化為電能并為微機(jī)電系統(tǒng)供電成為可能。但是由于自然環(huán)境與人類生活中的振動能量具有頻率低，頻帶寬的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的振動能量采集技術(shù)在此環(huán)境中俘能效率低下。針對此問題，本文基于壓電效應(yīng)，提出一種沖擊式振動發(fā)電裝置，通過理論公式推導(dǎo)及MATLAB仿真分析，從力的角度以提高

2、裝置的發(fā)電性能;同時鑒于變剛度結(jié)構(gòu)可以增大壓電振子在微弱信號下的響應(yīng)振幅，提出一種變剛度升頻振動發(fā)電系統(tǒng)，以拓寬能量采集頻率并提高能量采集效率。論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　1)根據(jù)機(jī)械振動理論與碰撞理論，設(shè)計一種低頻壓電沖擊式振動發(fā)電裝置，建立首次碰撞計算模型?；诖?，理論推導(dǎo)了拾振機(jī)構(gòu)的輸出電壓與功率解析表達(dá)式，并利用MATLAB進(jìn)行拾振機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。根據(jù)優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用AMESim仿真平臺建立

3、此發(fā)電裝置的仿真模型，并以激振頻率、振子質(zhì)量、壓電片片數(shù)為影響因素對發(fā)電裝置進(jìn)行性能分析。
　　2)設(shè)計變剛度升頻壓電式振動發(fā)電裝置，并基于此建立機(jī)構(gòu)的運(yùn)動微分方程，采用AMESim仿真平臺對所建立的機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行仿真模擬。確定變剛度彈簧剛度曲線及相應(yīng)仿真參數(shù)，對采用不同剛度曲線下變剛度彈簧的發(fā)電裝置進(jìn)行分析。對線性系統(tǒng)、定剛度升頻系統(tǒng)、變剛度升頻系統(tǒng)的發(fā)電功率進(jìn)行比較分析，證明了變剛度升頻系統(tǒng)與其它兩種傳統(tǒng)發(fā)電裝置相比，在低頻振動