【摘要】：目前,手機已經(jīng)成為了人們每天都會用到的產品,但智能手機、大屏手機的續(xù)航能力差的問題也一直困擾著消費者和手機廠商。本文根據(jù)對不同壓電發(fā)電結構的理論以及實驗對比結果,基于懸臂梁壓電發(fā)電結構創(chuàng)新的提出了一種多振子的復合梁式結構,既能滿足寬頻譜響應的實際需求,又能通過整體梁的彎曲吸收更多的振動能量并將之傳遞給壓電振子,用有限元仿真分析的方法確定了適應手機振動頻率的模型參數(shù)并對其進行了產品化的便攜式封裝設計(手機殼),以及相關電路的設計及實驗,具體的研究內容如下:1.對可以用到手機發(fā)電的兩種壓電發(fā)電結構,懸臂梁結構與簡支梁結構,分別進行了重復測試實驗,通過對實驗平均結果的比較分析,發(fā)現(xiàn)懸臂梁結構的壓電振子比較適合手機應用環(huán)境。2.為了能將設計的壓電發(fā)電裝置與手機振動頻率匹配,達到最好的能量采集效果,本文進行重復實驗測試了手機受敲擊后的振動頻率譜線,其第一個峰值頻率點為1600Hz。3.通過對懸臂梁壓電振子的實驗測試結果與等尺寸的Ansys有限元模型的仿真分析結果的對比,發(fā)現(xiàn)無論是壓電振子的頻率、峰值電壓還是峰值位移,仿真結果與實驗結果都能很好的吻合,以此驗證了Ansys有限元仿真分析軟件分析壓電發(fā)電結構的可行性。4.根據(jù)應用實際情況與懸臂梁壓電發(fā)電結構特點,本文創(chuàng)新性的提出了多振子復合梁壓電發(fā)電結構,利用Ansys有限元仿真分析軟件的輔助設計,分析了不同材料參數(shù)和聲學參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響,最終確定了可較好匹配目標頻率響應譜線的復合梁結構壓電發(fā)電裝置的參數(shù),并給出了仿真譜線與實驗測試對比結果。5.設計出了一套美觀、實用、可行的將壓電發(fā)電裝置封裝成為一個便攜式手機殼的封裝方法,給出所有零件的設計圖,以及各零件的安裝方法,并呈現(xiàn)出手機安裝好多振子復合梁結構壓電發(fā)電手機殼的最終效果設計圖。6.根據(jù)單片壓電振子實驗結果,設計一套滿足手機充電要求的充電電路,并做相關的測試,以確定設計電路可以完成預期功能。
[Abstract]:At present, mobile phones have become a product that people use every day, but the problem of poor endurance of smartphones and large-screen phones has been perplexing consumers and mobile phone manufacturers. According to the theoretical and experimental results of different piezoelectric power generation structures, a multi-oscillator composite beam structure is proposed based on the innovation of cantilever piezoelectric power generation structure, which can not only meet the actual needs of wide spectrum response. It can also absorb more vibration energy through the bending of the whole beam and transfer it to the piezoelectric oscillator. The model parameters suitable for the vibration frequency of mobile phone are determined by finite element simulation analysis, and the portable packaging design (mobile phone shell) is carried out, as well as the design and experiment of related circuits. The specific research contents are as follows: 1. Two kinds of piezoelectric power generation structures, cantilever beam structure and simply supported beam structure, which can be used to generate electricity by mobile phone, are tested repeatedly, and the average experimental results are compared and analyzed. It is found that the piezoelectric oscillator with cantilever structure is more suitable for mobile phone application environment. 2. In order to match the designed piezoelectric power generation device with the vibration frequency of mobile phone and achieve the best energy acquisition effect, the vibration frequency spectrum line of mobile phone after percussion is tested repeatedly in this paper, and the first peak frequency point is 1600Hz. 3. By comparing the experimental results of the cantilever piezoelectric oscillator with the simulation results of the equal size Ansys finite element model, it is found that the frequency, peak voltage and peak displacement of the piezoelectric oscillator are not only the frequency, peak voltage or peak displacement of the piezoelectric oscillator. The simulation results are in good agreement with the experimental results, which verifies the feasibility of analyzing piezoelectric power generation structure by Ansys finite element simulation analysis software. 4. According to the actual situation of application and the characteristics of cantilever beam piezoelectric power generation structure, the multi-vibrator composite beam piezoelectric power generation structure is innovatively proposed in this paper. The software of Ansys finite element simulation and analysis is used to design the composite beam piezoelectric power generation structure. The effects of different material parameters and acoustic parameters on the performance of the system are analyzed. Finally, the parameters of the piezoelectric power generation device with composite beam structure which can match the frequency response spectral lines of the target are determined, and the comparison results between the simulation spectral lines and the experimental tests are given. 5. A set of beautiful, practical and feasible packaging method of piezoelectric power generation device into a portable mobile phone shell is designed, and the design drawing of all parts and the installation method of each part are given. And presents the mobile phone installed many oscillator composite beam structure piezoelectric power generation mobile phone shell final effect design drawing. 6. According to the experimental results of single-chip piezoelectric oscillator, a set of charging circuit to meet the charging requirements of mobile phone is designed, and the relevant tests are made to make sure that the designed circuit can accomplish the desired function.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM619

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