發(fā)布時間：2021-02-17 20:52

　　能量收集技術(shù)是一種面向無線低功耗應(yīng)用的供能技術(shù),基于壓電效應(yīng)的懸臂梁振動能量收集是其中的一項重要方法。然而,懸臂梁式收集器僅在有限狹窄的頻率帶寬內(nèi)有效,在實際應(yīng)用中受到限制。針對近些年研究人員提出的優(yōu)化方法進(jìn)行了總結(jié),從線性與非線性拓寬頻帶法、頻率調(diào)諧法的角度進(jìn)行分類討論,這些方法對于突破懸臂梁收集器窄頻帶的瓶頸具有積極的意義。通過不同的研究思路介紹了一些近年的研究熱點與關(guān)鍵技術(shù)問題,例如低頻、多方向能量收集等,并對目前的應(yīng)用研究進(jìn)行總結(jié);最后,對懸臂梁式壓電振動能量收集器的研究不足與未來的發(fā)展趨勢做出了思考。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2020,39(17)北大核心

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

振動能量收集三種方法檢索情況

懸臂梁式壓電能量收集器的原理如圖2所示。通過懸臂梁的共振擴大振幅,以帶動懸臂梁上的壓電材料產(chǎn)生形變,從而產(chǎn)生電能,再通過電路對能量進(jìn)行收集儲存,以供低功耗器件使用。從圖2可知,優(yōu)化懸臂梁能量收集器的性能可以從懸臂梁結(jié)構(gòu)、壓電材料、存儲電路這三個方面著手,本文主要針對懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)的優(yōu)化進(jìn)行討論。常用的懸臂梁收集結(jié)構(gòu)采用單側(cè)或雙側(cè)的壓電材料貼附在懸臂梁結(jié)構(gòu)上,稱為單晶或雙晶結(jié)構(gòu),如圖3所示。懸臂梁固定在產(chǎn)生振動的主體結(jié)構(gòu)上,利用懸臂梁的共振增強系統(tǒng)的響應(yīng)。但由于懸臂梁的共振頻帶很窄,限制了該技術(shù)的實際應(yīng)用。為了進(jìn)一步拓寬頻帶、提高響應(yīng),學(xué)者們對懸臂梁結(jié)構(gòu)提出了多種優(yōu)化方案,將在后文中進(jìn)行詳細(xì)的討論。

線性陣列式結(jié)構(gòu)采用多個不同參數(shù)的懸臂梁形成陣列,每個懸臂梁的共振頻率不同且接近,通過各頻帶的重疊以產(chǎn)生寬頻帶的效果[23-24],其典型功率譜如圖4所示。陣列式可以通過多種形式進(jìn)行設(shè)置。Liu等[25]制作了懸臂梁MEMS陣列,利用懸臂梁的尺寸不同形成陣列,如圖5(a)所示。Keshmiri等[26]通過設(shè)置30個不同形狀的懸臂梁形成陣列,如圖5(b)所示。在5.5 V以上可覆蓋45～155 Hz的頻段。Dechant等[27]通過改變質(zhì)量塊設(shè)置陣列式收集器,使用三個懸臂梁在0.75 mW以上獲得了3.8 Hz的帶寬。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3038521