為了探究三穩(wěn)態(tài)壓電振動(dòng)能量采集器的動(dòng)力學(xué)特性,以磁-機(jī)-壓電耦合型三穩(wěn)態(tài)壓電振動(dòng)能量采集器（tristable piezoelectric vibration energy harvester,簡(jiǎn)稱TPVEH）為研究對(duì)象,利用磁荷法、力平衡和基爾霍夫定律分別建立了采集器末端磁鐵與外部磁鐵之間的非線性磁力模型和系統(tǒng)集總參數(shù)動(dòng)力學(xué)模型。仿真分析了磁鐵間距、激勵(lì)加速度幅值和頻率等參數(shù)對(duì)采集器動(dòng)力學(xué)特性和采集電壓的影響。研制了三穩(wěn)態(tài)壓電振動(dòng)能量采集器原理樣機(jī),搭建了實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。研究結(jié)果表明,隨著激勵(lì)加速度幅值增大,能量采集器依次經(jīng)歷單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)和三穩(wěn)態(tài)3種運(yùn)動(dòng)狀態(tài),且三穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)的工作頻帶和輸出性能（位移、速度和采集電壓）比雙穩(wěn)態(tài)和單穩(wěn)態(tài)時(shí)要高。 

【文章來源】：振動(dòng).測(cè)試與診斷. 2020,40(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

三穩(wěn)態(tài)壓電振動(dòng)能量采集器

圖1 三穩(wěn)態(tài)壓電振動(dòng)能量采集器其中：μ0為真空磁導(dǎo)率；為向量梯度算子；rBA和rCA分別為磁鐵B和C到磁鐵A的方向向量；mi(i=A,B,C）為磁鐵i的磁偶極矩。

當(dāng)懸臂梁工作在一階彎曲振動(dòng)模態(tài)時(shí)，三穩(wěn)態(tài)壓電能量采集器可以簡(jiǎn)化為如圖3所示的集總參數(shù)模型。其中：Meq,Keq和Ceq分別為能量采集器的等效質(zhì)量、等效剛度和等效阻尼，可用Hamilton原理和Raleigh-Ritz方法得到；θ和Cp分別為壓電陶瓷機(jī)電耦合系數(shù)和靜態(tài)電容；R為負(fù)載；U(t）和V(t）分別為基座振動(dòng)位移和采集輸出電壓。假設(shè)壓電晶片與金屬基板為理想粘結(jié)，且壓電懸臂梁為Euler-Bernoulli梁，做橫向彎曲振動(dòng)（沿z軸方向），則由圖3得到三穩(wěn)態(tài)壓電能量采集系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制方程為

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3098067