【摘要】：傳統(tǒng)電池對微電子設備的供電方式存在明顯不足,例如傳統(tǒng)電池體積大、能量有限、壽命短、污染環(huán)境等。因此,人們開始研究如何從環(huán)境中收集能量�；趬弘娫淼陌l(fā)電裝置可將環(huán)境中的機械能直接轉換成電能,具有易加工、結構簡單、無電磁干擾、利于環(huán)境友好等優(yōu)點而備受國內外專家關注。本文提出了一種基于懸臂梁結構的寬頻壓電俘能器。首先,通過實驗得出懸臂梁結構比其他結構靈敏度高、輸出電壓大,且在多片并聯(lián)時效果更好;為了降低俘能器的諧振頻率,在梁頂端加質量塊,根據材料力學、振動理論和壓電學等知識建立了懸臂梁的數學模型,利用MATLAB軟件對模型數值計算,研究了梁長和質量塊重量與懸臂梁響應特征之間的關系。為了拓寬俘能器的共振頻帶,增加了質量塊的數量且將多片不同梁長的懸臂梁并聯(lián),在理論分析的基礎上,建立懸臂梁的有限元模型,利用ANSYS對模型進行仿真分析,得出質量塊大小、位置、個數、間距對壓電俘能器的諧振頻率、頻帶寬度、輸出電壓的影響,通過對寬頻俘能器的模態(tài)分析及諧響應分析,探討其頻率響應。然后,改進了傳統(tǒng)的整流濾波電路,利用LTC3588-1芯片設計了能量管理電路,改善了電路的能量轉化效率,提高了電路的集成度,實現了電路小型化。實驗驗證寬頻俘能器的可行性。首先,對單懸臂梁俘能器的發(fā)電特性進行實驗,研究了單懸臂梁的輸出特性與質量塊質量、位置、個數及間距的關系;然后,通過單懸臂梁與多懸臂梁對比實驗,驗證了多懸臂梁的寬頻特性;對寬頻俘能器在不同負載下進行實驗,獲得了俘能器的最佳匹配電阻;最后,進行寬頻俘能器為低功耗的計步器供電實驗,驗證了寬頻俘能器結構及能量收集電路的正確性和有效性。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM619

【參考文獻】

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本文編號：2692863