微尺度壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析與微電源設(shè)計(jì).pdf

1、微機(jī)械加工、微電子以及無(wú)線傳感等技術(shù)的迅速發(fā)展，使得射頻識(shí)別系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、無(wú)線傳感器以及它們形成的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)廣泛地應(yīng)用于日常生活中。這類微器件的功耗越來(lái)越低，能夠低至微瓦量級(jí)，這就要求相應(yīng)的供電部件具有體積小、集成度高、壽命長(zhǎng)甚至是無(wú)人看管、無(wú)需更換等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的化學(xué)電池供電方式由于存在體積和質(zhì)量較大、供能時(shí)間有限等缺點(diǎn)，已經(jīng)無(wú)法滿足這些微器件的供能要求?；贛EMS技術(shù)制備的壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)能夠與各種微器件集成加工在一起，實(shí)現(xiàn)微

2、器件的集成化和自供能，將自然界廣泛存在的各種振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能，為微電子器件的持久供電提供一種有效的解決方案。因此，基于微尺度的壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)的微電源正受到國(guó)內(nèi)外許多研究小組的關(guān)注和重視。
　　本文圍繞面向MEMS技術(shù)的微壓電振動(dòng)發(fā)電裝置及其應(yīng)用展開了研究。在分析國(guó)內(nèi)外研究工作的基礎(chǔ)之上，建立了微壓電振動(dòng)發(fā)電裝置的機(jī)電耦合模型，分析了各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)以及尺度效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)輸出性能的影響，并對(duì)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析討論。
　　

3、首先，建立了微壓電振動(dòng)發(fā)電裝置的“彈簧-質(zhì)量塊-阻尼-壓電”機(jī)電耦合模型，但是“彈簧-質(zhì)量塊-阻尼-壓電”機(jī)電耦合模型沒有考慮尺寸的縮小對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的影響，在此基礎(chǔ)之上以偶應(yīng)力理論為基礎(chǔ)，建立了微系統(tǒng)具有尺度效應(yīng)的理論模型。
　　其次，對(duì)微尺度的壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)以及尺度效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響，推導(dǎo)出了微系統(tǒng)的輸出電壓表達(dá)式，利用MATLAB對(duì)系統(tǒng)的輸出特性進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，對(duì)比結(jié)果說(shuō)明