壓電—電磁復合發(fā)電技術(shù)及其實驗研究.pdf

1、隨著微機電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)和無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為國內(nèi)外的研究熱點。目前,絕大部分無線傳感器節(jié)點通過電池供電,而傳統(tǒng)的化學能電池存在能量有限、需定期更換、污染環(huán)境等缺點,不利于發(fā)揮無線傳感器的最大作用?；诃h(huán)境中振動能的俘能技術(shù)可以為之提供解決方案,最常用的振動式俘能方法有壓電式、電磁式和靜電式。其中,壓電式振動俘能器以能量密度大、便于微型化等優(yōu)點而展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。為了探索提高振動俘能器輸出功率的方法,本文在

2、查閱了大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,針對壓電-電磁復合式振動俘能技術(shù)進行了一些相關(guān)的理論、仿真及實驗研究。
　　本文根據(jù)振動理論、材料力學、壓電學和電磁學的相關(guān)知識,建立了壓電-電磁復合發(fā)電技術(shù)輸出功率的數(shù)學模型,其中共振頻率的的數(shù)值解法中考慮了壓電振子振動過程中二次壓電效應(yīng)的影響,更好的補充了數(shù)學模型。對所設(shè)計的復合發(fā)電裝置的發(fā)電性能進行了數(shù)值分析和相關(guān)參數(shù)優(yōu)化分析,數(shù)值計算結(jié)果表明,對復合發(fā)電裝置進行適當?shù)膮?shù)優(yōu)化可以有效的提高其總輸

3、出功率。
　　對復合發(fā)電裝置的發(fā)電性能進行了有限元仿真分析。利用 ANSYS軟件建立壓電振子與外接負載耦合的有限元模型,進行諧響應(yīng)分析,研究不同激振頻率下壓電振子的響應(yīng)情況;利用 Maxwell軟件建立電磁發(fā)電單元的有限元模型,進行了三維電磁場瞬態(tài)分析,并采用順序耦合方法實現(xiàn)了壓電與電磁相互耦合的仿真分析。
　　設(shè)計并制作了壓電-電磁復合發(fā)電裝置,對其發(fā)電性能進行了相關(guān)的實驗研究。建立了一套振動俘能實驗系統(tǒng),首先分別對單一壓