【摘要】：在無線傳感技術(shù)向微型化和實(shí)用化發(fā)展的過程中,能量回收技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。其中壓電振動(dòng)能量回收技術(shù)具有較高的能量密度,結(jié)構(gòu)簡單易于系統(tǒng)集成的特點(diǎn),非常適合在MEMS方面的應(yīng)用,最具發(fā)展前景。本文為了改善傳統(tǒng)線性壓電懸臂梁能量回收結(jié)構(gòu)的不足,從拓寬能量回收的頻帶范圍、提升機(jī)電轉(zhuǎn)換效率,提高能量輸出功率的方面出發(fā),提出了一種新型非線性低頻壓電振動(dòng)能量回收結(jié)構(gòu)。本文的主要工作如下:(1)介紹了能量回收的背景、壓電材料種類,從材料和結(jié)構(gòu)、接口電路以及存儲(chǔ)應(yīng)用技術(shù)介紹了壓電能量回收國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。(2)介紹了壓電的基礎(chǔ)知識(shí),主要內(nèi)容包括壓電材料的正逆壓電效應(yīng)、壓電方程、壓電常數(shù)以及懸臂梁式振動(dòng)能量回收結(jié)構(gòu)及其理論分析,并提出了引入磁鐵非線性力的壓電振動(dòng)能量回收結(jié)構(gòu)。(3)建立兩永久磁鐵間的磁鐵力模型并推導(dǎo)得到磁鐵力的表達(dá)式,利用該式結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律得出結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程并建立了機(jī)電耦合模型,并且在Matlab/Simulink中進(jìn)行了仿真。(4)加工了能量回收結(jié)構(gòu)、搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對非線性壓電振動(dòng)能量回收結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。(5)設(shè)計(jì)了基于LTC3588-1芯片自供電電源管理系統(tǒng),并對其進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)測試。研究結(jié)果表明,本文提出的非線性壓電振動(dòng)能量回收結(jié)構(gòu)具有固有頻率可調(diào)節(jié),頻率升高的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)基于LTC3588-1芯片的電源管理系統(tǒng)能夠輸出穩(wěn)定的電壓。
[Abstract]:In the process of miniaturization and practicality of wireless sensing technology, energy recovery technology has a broad application prospect. Among them, piezoelectric vibration energy recovery technology has the characteristics of high energy density, simple structure and easy system integration. It is very suitable for application in MEMS and has the most development prospect. In order to improve the shortcomings of the traditional linear piezoelectric cantilever energy recovery structure, a new nonlinear low frequency piezoelectric vibration energy recovery structure is proposed in this paper from the aspects of widening the frequency band of energy recovery, improving the efficiency of electromechanical conversion and increasing the energy output power. The main work of this paper is as follows: (1) the background of energy recovery, the types of piezoelectric materials, the research status of piezoelectric energy recovery at home and abroad from material and structure, interface circuit and storage application technology are introduced. (2) the basic knowledge of piezoelectric energy recovery is introduced, including the positive and inverse piezoelectric effect of piezoelectric materials, piezoelectric equation, piezoelectric constant, cantilever vibration energy recovery structure and its theoretical analysis. The piezoelectric vibration energy recovery structure with nonlinear force of magnet is proposed. (3) the magnetic force model between two permanent magnets is established and the expression of magnetic force is derived. by using this formula combined with Newton's law of motion, the dynamic equation of the structure is obtained and the electromechanical coupling model is established, and the simulation is carried out in Matlab/Simulink. (4) the energy recovery structure is processed and the experimental platform is built. The nonlinear piezoelectric vibration energy recovery structure is studied experimentally. (5) the self-power supply management system based on LTC3588-1 chip is designed, and its simulation and experimental test are carried out. The results show that the nonlinear piezoelectric vibration energy recovery structure proposed in this paper has the advantages of adjustable natural frequency and higher frequency. At the same time, the power management system based on LTC3588-1 chip can output a stable voltage.
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM619

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本文編號：2501786