基于壓電能量采集的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供能技術(shù)的研究.pdf

1、近年來,隨著智慧城市的建設(shè)、環(huán)境問題的監(jiān)測以及物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建,基于MEMS傳感器、無線通訊和嵌入式控制系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以迅猛發(fā)展。然而,讓無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠長期處于免維護(hù)運(yùn)行狀態(tài)成為進(jìn)一步推進(jìn)其應(yīng)用的瓶頸。壓電能量采集技術(shù)可將周圍環(huán)境中的振動能量轉(zhuǎn)換為可利用的電能,能有效地實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自我供電,具有重大的研究價(jià)值和良好的發(fā)展前景。
　　本文以壓電能量采集技術(shù)為中心,著重從能量采集結(jié)構(gòu)和能量處理電路這兩個方面展開研

2、究,設(shè)計(jì)并優(yōu)化壓電結(jié)構(gòu),搭建能量采集轉(zhuǎn)換和存儲電路,從而為無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電。主要研究內(nèi)容如下:
　　1、介紹了壓電技術(shù)的基本原理和壓電材料的基本特性,并在此基礎(chǔ)上討論了壓電振子的發(fā)電機(jī)理。以壓電陶瓷作為壓電元件材料,根據(jù)外部工作環(huán)境的不同,選擇不同的壓電振動模式和支撐方式,來采集周圍環(huán)境的振動能量。
　　2、懸臂梁式壓電振子是壓電轉(zhuǎn)換裝置中的典型結(jié)構(gòu),在相關(guān)理論分析的基礎(chǔ)上,借助ANSYS軟件,仿真研究了壓電振子結(jié)構(gòu)尺寸

3、和材料參數(shù)變化對其發(fā)電性能的影響,為壓電振子的實(shí)際制備提供理論依據(jù)。比較了在矩形、梯形和三角形三種不同截面的壓電層和支撐層的情況下,壓電振子內(nèi)部阻抗、發(fā)電電壓以及輸出功率的不同。
　　3、研究了圓盤式壓電振子的機(jī)電特性,利用壓電理論建立振動方程,并建立了有限元分析模型。通過ANSYS仿真分析,得出了半徑和厚度等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對圓盤式壓電振子固有頻率和輸出電壓的影響關(guān)系。探討了橢圓形壓電振子的機(jī)電性能,并與圓形壓電振子做了比較研究。<