基于Sierpinski分形結(jié)構(gòu)的小型寬帶振動(dòng)換能器的設(shè)計(jì)與制作.pdf

1、近年來(lái)，隨著微電子設(shè)備的飛速發(fā)展，如何為其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)高效地供電已經(jīng)成為新的研究熱點(diǎn)。為了能夠克服傳統(tǒng)電池和有線電源在各種微型電子器件中存在的問(wèn)題，能自發(fā)采集環(huán)境能量的自供能技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。振動(dòng)換能器是能夠自發(fā)地采集環(huán)境中的振動(dòng)能量,并將其轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，傳統(tǒng)的振動(dòng)換能器存在頻率響應(yīng)帶寬較窄、能量轉(zhuǎn)換不穩(wěn)定以及能量轉(zhuǎn)換效率不高的問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，本論文根據(jù)分形的結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)了壓電振子，利用分形的自相似性與結(jié)構(gòu)多樣性增加了能

2、量采集密度，拓寬了頻率響應(yīng)帶寬。
　　本論文設(shè)計(jì)了基于Sierpinski分形的小型寬帶壓電振子結(jié)構(gòu)。該壓電振子結(jié)構(gòu)以分形幾何為設(shè)計(jì)思想，以壓電理論和懸臂梁理論為基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)Sierpinski三角分形進(jìn)行懸臂梁化，設(shè)計(jì)出三個(gè)不同層次的單元結(jié)構(gòu)，不同的單元結(jié)構(gòu)具有不同大小的諧振頻率，能夠響應(yīng)環(huán)境中不同頻率的振動(dòng)機(jī)械能，從而增大了壓電換能器的帶寬。并且對(duì)單元結(jié)構(gòu)的尺寸進(jìn)行細(xì)化調(diào)整，避免內(nèi)部小單元的相互連接。通過(guò)對(duì)壓電振子結(jié)構(gòu)實(shí)用性的

3、考慮，對(duì)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了內(nèi)部節(jié)點(diǎn)固定，保證了該分形壓電振子的穩(wěn)定性。
　　本論文制作了基于Sierpinski分形結(jié)構(gòu)的壓電振動(dòng)換能器件。選取表面鍍鋁的聚偏二氟乙烯薄膜(PVDF)壓電材料，采用皮秒微加工設(shè)備對(duì)壓電薄膜進(jìn)行精確切割，加工出所設(shè)計(jì)的壓電振子結(jié)構(gòu)，利用導(dǎo)電銅框加固后引出導(dǎo)線，再加裝有機(jī)玻璃保護(hù)層進(jìn)行有效封裝，最終制作出尺寸為50mm×50mm的壓電振動(dòng)換能器件。
　　本論文對(duì)制作成型的分形壓電換能器件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)