微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展使得傳統(tǒng)電池不再適應(yīng)低功耗電子產(chǎn)品的供電需求。電池供電利用率低、質(zhì)量大、體積大、功能壽命有限等缺點(diǎn)隨著電子產(chǎn)品的不斷小型化、微型化而日漸明顯。因此尋求一種可持續(xù)、環(huán)保的新型能源代替電池成為當(dāng)前發(fā)展的迫切需要。振動(dòng)能量因其無(wú)處不在,且無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)前替代電池的新能源,而如何采集并高效利用這些振動(dòng)能量成為目前的研究熱點(diǎn)。壓電振動(dòng)能量采集技術(shù)就是利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)采集環(huán)境中的振動(dòng)能量再將其轉(zhuǎn)化為電能給一些低功耗電子器件供電。現(xiàn)有的壓電振動(dòng)能量采集器主要是以壓電懸臂梁為主的線性諧振式振蕩器,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn),但也有工作頻帶窄,采集效率低等缺點(diǎn)。與單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)能量采集器相比,三穩(wěn)態(tài)壓電能量采集器具有更優(yōu)良的輸出特性,更適合于微功耗電子產(chǎn)品的供電需求并成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。如何拓展壓電振動(dòng)能量采集器的工作帶寬和提高能量采集的效率使之更具實(shí)用性是當(dāng)前迫切需要解決的主要問(wèn)題�；诖盆F耦合的壓電懸臂梁三穩(wěn)態(tài)能量采集器是當(dāng)前主流的研究結(jié)構(gòu)。大量研究成果表明該類能量采集器具有較高的輸出性能和較寬的工作頻帶。但是,在一些磁場(chǎng)干擾較強(qiáng)的... 

【文章來(lái)源】：浙江工商大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：89 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

壓電陶如圖1-2所示為Rijeka[22]大學(xué)研發(fā)出

41.2.3壓電能量采集技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀隨著壓電能量采集技術(shù)的不斷發(fā)展，其優(yōu)勢(shì)逐漸突出，人們開始在實(shí)際生活中應(yīng)用一些相關(guān)的能量采集裝置。主要應(yīng)用到可穿戴設(shè)備、遠(yuǎn)程傳感器節(jié)點(diǎn)（包括網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）、移動(dòng)傳感器（如氣體檢測(cè)器）和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器方面[20]。最常見的便攜式換能器就是壓電陶瓷打火機(jī)，如圖1-1所示，內(nèi)設(shè)壓電陶瓷元件作為發(fā)火機(jī)構(gòu)。利用壓力使壓電陶瓷內(nèi)部的正負(fù)電荷移位，從而引起極化現(xiàn)象，導(dǎo)致材料兩端表面出現(xiàn)符號(hào)相反電荷，此時(shí)會(huì)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，并在尖端放出瞬時(shí)高壓電火花點(diǎn)燃燃料[21]。圖1-1壓電陶瓷打火機(jī)如圖1-2所示為Rijeka[22]大學(xué)研發(fā)出以壓電式能量采集結(jié)構(gòu)為輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電的裝置。只需在車輪上安裝此裝置，在汽車行駛過(guò)程中就可以利用輪胎產(chǎn)生的振動(dòng)使壓電片產(chǎn)生形變，進(jìn)而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能為壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感裝置供能，以便于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎氣壓，減少車輛事故的發(fā)生。此類技術(shù)推動(dòng)了壓電能量采集技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)展。圖1-2壓電式輪胎檢測(cè)裝置1.3存在的問(wèn)題及不足

20圖3-1基于磁-機(jī)耦合的壓電振動(dòng)能量采集器PeiZhu錯(cuò)誤!未找到引用源。等人在雙穩(wěn)態(tài)壓電能量采集器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，在懸臂梁末端橫向水平位置添加一塊外部磁體，搭建了基于磁-機(jī)耦合的三穩(wěn)態(tài)壓電振動(dòng)能量采集器，依據(jù)此裝置重點(diǎn)探究了系統(tǒng)在三種不同勢(shì)能阱狀態(tài)下的輸出特性的差異。對(duì)比仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：只有當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定的三穩(wěn)態(tài)特性時(shí)，勢(shì)能阱大小才會(huì)大致相同，此時(shí)能量采集系統(tǒng)的工作頻率帶寬最大，且采集效率最高。但是溫度、空間、磁嘗角度等因素對(duì)磁鐵磁性都有影響，這會(huì)導(dǎo)致采集器的輸出特性不穩(wěn)定，這使得采集器的應(yīng)用更困難。Cao錯(cuò)誤!未找到引用源。等提議將質(zhì)量彈簧模型加入到壓電振動(dòng)能量采集裝置，并且研究了該系統(tǒng)的光滑不連續(xù)和幾何非線性特征。韓彥偉錯(cuò)誤!未找到引用源。等提出基于非線性彈簧的三穩(wěn)態(tài)幾何非線性系統(tǒng)，深入地研討了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題以及幾何非線性特征，并揭示了其本質(zhì)屬性，同時(shí)通過(guò)建立SD振子系列的多穩(wěn)態(tài)幾何非線性抽象模型，探討了復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)應(yīng)用機(jī)理，這些理論研究和實(shí)驗(yàn)為實(shí)際工程應(yīng)用方面提供必了要的保障。本論文以大量的實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，提出了一種新型基于末端彈性元件耦合的非線性三穩(wěn)態(tài)壓電振動(dòng)能量采集器，將兩個(gè)線性彈簧設(shè)置在壓電雙晶懸臂梁末端質(zhì)量塊的一側(cè)，且關(guān)于懸臂梁中心軸對(duì)稱。當(dāng)在壓電雙晶懸臂梁上施加外部激勵(lì)時(shí)，末端質(zhì)量塊會(huì)上下擺動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)連接在質(zhì)量塊上的線性彈簧，使其分別產(chǎn)生壓縮或者拉伸的變形，此時(shí)能量采集裝置的幾何構(gòu)形也會(huì)隨之變化，進(jìn)而引起壓電振動(dòng)采集器作非線性振動(dòng)。遵循能量守恒定律將非線性三穩(wěn)態(tài)壓電振動(dòng)能量采集器等效為非線性動(dòng)力學(xué)模型，建立動(dòng)力學(xué)方程并進(jìn)行仿真分析，研究改變系統(tǒng)參數(shù)時(shí)靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性的變化。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：2975396