懸臂梁式壓電俘能器若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、自21世紀以來，關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究已獲得了很多成果，而因節(jié)點尺寸的減小和數(shù)量的增多，使電池供電方式不再適應(yīng)其發(fā)展。因此，新的俘能技術(shù)研究已迫在眉睫。本論文歸納了國內(nèi)外壓電俘能器研究存在的問題，根據(jù)壓電效應(yīng)和壓電方程等對單晶壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)建立了等效電路模型，提出了弓字形結(jié)構(gòu)的兩種單晶壓電懸臂梁俘能器，并對這兩種結(jié)構(gòu)進行了深入分析。
　　本文主要的研究內(nèi)容是：首先結(jié)合壓電方程和機電耦合特性，建立單晶壓電懸臂梁俘能器的等效電路模型

2、，得到了諧振頻率與輸出電壓的理論公式，并根據(jù)理論公式研究了影響輸出電壓和諧振頻率的因素；由于諧振頻率隨壓電懸臂梁的長度的增加而降低，進而提出了弓字形單晶矩形壓電懸臂梁和弓字形單晶梯形壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)的兩種壓電俘能器，并通過ANSYS有限元仿真軟件對這兩種結(jié)構(gòu)進行了仿真分析比較，得出了這兩種結(jié)構(gòu)都能夠達到寬頻效果的結(jié)論，對于等面積的弓字形單晶梯形壓電懸臂梁俘能器和弓字形單晶矩形壓電懸臂梁俘能器，前者的各階諧振頻率（20.15Hz，35.26

3、 Hz，83.98 Hz）都小于后者（26.67 Hz，44.40 Hz，105.08 Hz），且前者的輸出電壓比后者增加了17.00﹪，即弓字形單晶梯形壓電懸臂梁俘能器更適合在低頻環(huán)境振動中獲得更多的輸出能量；最后實驗制作了兩個梁和四個梁的弓字形單晶矩形壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)和弓字形單晶梯形壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)的壓電俘能器，并比較了它們各自在關(guān)注頻率范圍內(nèi)頻率對輸出電壓峰值的影響，驗證了理論和仿真分析結(jié)果。
　　本文通過對弓字形矩形梁和梯形梁