槽鈸型俘能器仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著無(wú)線傳感器和便攜式電子設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛，以化學(xué)電池為主的供能方式存在許多明顯的弊端，如體積大、供能壽命有限、需要定期更換等。為延長(zhǎng)電池壽命、減少電子設(shè)備體積，人們開始致力于研究從環(huán)境中吸取能量并轉(zhuǎn)化為電能的方法。壓電發(fā)電因?yàn)榫哂谐杀镜?、裝置簡(jiǎn)單、嵌入性好等優(yōu)點(diǎn)，成為研究的熱點(diǎn)之一。鈸型俘能器是近年壓電發(fā)電研究的一個(gè)重要方向。
　　目前對(duì)槽鈸型俘能器的研究大都是參數(shù)仿真分析，缺乏理論的指導(dǎo)和分析，具有一定的盲目性。本文根據(jù)力學(xué)

2、和壓電理論，在合理假設(shè)的基礎(chǔ)上建立了鈸型俘能器發(fā)電的數(shù)學(xué)模型，得出鈸型俘能器發(fā)電性能隨各參數(shù)的變化規(guī)律。為提高鈸型俘能器的發(fā)電能力，又進(jìn)一步研究和優(yōu)化了開槽結(jié)構(gòu)。在靜力分析的基礎(chǔ)上仿真分析了動(dòng)態(tài)激振時(shí)開槽結(jié)構(gòu)的性能。隨后，分析了粘結(jié)層的應(yīng)力，研究了改善粘結(jié)層應(yīng)力的措施并仿真驗(yàn)證。
　　在結(jié)構(gòu)分析之后，本文研制了基于555方波控制和 Buck-Boost型直流變換的壓電儲(chǔ)能電路，并進(jìn)行理論分析，推導(dǎo)了輸出功率模型以及優(yōu)化了開關(guān)控制信

3、號(hào)的參數(shù)，然后進(jìn)行電路硬件設(shè)計(jì)和仿真分析，驗(yàn)證電路的可行性。
　　在理論分析和電路分析的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步展開了槽鈸型俘能器儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)研究了輸出功率隨負(fù)載、激振頻率的變化情況；錐面槽和環(huán)形槽結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)電性能的提高；實(shí)驗(yàn)電路儲(chǔ)能的可行性和優(yōu)化性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，輸出功率隨頻率增加而增加，對(duì)不同激振頻率存在匹配負(fù)載使輸出功率達(dá)到最高，實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線基本吻合；錐面槽和環(huán)形槽結(jié)構(gòu)都能極大提高輸出功率；Buck-Boost型壓電儲(chǔ)能電路