懸臂梁式壓電俘能器理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、如何向微電子產(chǎn)品無(wú)線供能是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。由于電池供電本身的缺陷和使用環(huán)境的限制，使人們更加熱衷于研究無(wú)源供能技術(shù)。由壓電材料制成的壓電發(fā)電裝置具有不發(fā)熱、無(wú)電磁干擾、無(wú)污染，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制作和實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的微小化、集成化等優(yōu)點(diǎn)，因而備受關(guān)注。近年來(lái)，將壓電材料產(chǎn)生的電能用作驅(qū)動(dòng)微功率電器電源的研究才剛剛開(kāi)始，但已經(jīng)展示出壓電發(fā)電與能量存儲(chǔ)技術(shù)的光明前景。
　　本文在查閱了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)懸臂梁式壓電俘能器進(jìn)行了理

2、論和實(shí)驗(yàn)研究。從壓電方程和熱平衡出發(fā)，建立了壓電片與基板的厚度比與輸出電壓數(shù)學(xué)模型，得出了不同基板材料的最佳厚度比；建立矩形、梯形、三角形壓電振子與輸出電壓的數(shù)學(xué)模型，對(duì)俘能系統(tǒng)進(jìn)行了形狀優(yōu)化，從而提高俘能效率。
　　在理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)懸臂梁式壓電俘能器進(jìn)行有限元分析及模擬，得出了懸臂梁式俘能器結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)輸出電壓和固有頻率的影響；矩形、梯形、三角形等不同壓電振子形狀對(duì)輸出電壓的影響；壓電片重合度對(duì)輸出電壓的影響，進(jìn)一步驗(yàn)證

3、了理論的正確性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)壓電俘能系統(tǒng)進(jìn)行了電路調(diào)試并對(duì)激勵(lì)裝置進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試，確保實(shí)驗(yàn)的有效進(jìn)行。
　　最后，建立了懸臂梁式壓電俘能器俘能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，考察了矩形、梯形、三角形不同形狀壓電振子的電壓輸出以及功率輸出，發(fā)現(xiàn)三角形壓電振子的輸出功率最高，俘能性能最好；考察了不同厚度比對(duì)電壓及功率的影響，得出了磷青銅單晶片的最佳厚度比；考察了不同重合度對(duì)振子電壓和功率的影響，得出了壓電雙晶片的最佳重合度，并針對(duì)最佳重合度的懸臂量式壓電