基于cymbal換能器能量采集系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著無線傳感器和便攜式電子設備的應用日益廣泛，以化學電池為其主要供能方式存在諸多弊端，如體積大、質量大、供能壽命有限，需要定期更換，以及由此所帶來的材料浪費，環(huán)境污染等問題不容忽視，尤其對于目前發(fā)展迅速的無線網(wǎng)絡和嵌入式系統(tǒng)來說，電池供電的這種缺陷更明顯。為了解決這一技術難題，基于壓電理論的俘能技術可將環(huán)境中的振動能轉換為電能，從而為上述電子產(chǎn)品實現(xiàn)供能。同時壓電俘能器具有結構簡單、不發(fā)熱、無電磁干擾、無污染和易于實現(xiàn)機構的微小化、集成

2、化等諸多優(yōu)點，且能滿足此類低耗能產(chǎn)品的供能需求而成為目前的研究熱點之一。
　　本文針對cymbal俘能器開展對壓電俘能技術進行研究。首先通過有限元仿真，對單層壓電晶體結構的cymbal換能器進行研究，得出其結構參數(shù)對cymbal換能器輸出電壓和諧振頻率的影響規(guī)律。在此基礎上，對具有多層壓電晶體結構的cymbal換能器進行仿真和對比分析，獲得了其電學連接方式對其輸出電壓的影響規(guī)律。最后，對cymbal換能器金屬帽的徑向開槽、邊緣處徑

3、向開槽及環(huán)形槽3種狀況進行仿真，獲得了槽深、槽寬及槽數(shù)對換能器輸出電壓和機械結構穩(wěn)定性的影響規(guī)律，為下一步的俘能器設計奠定了理論基礎。
　　另外，本文設計了buck型DC-DC能量轉換電路?；趬弘姲l(fā)電裝置的等效機電模型，對能量存儲電路進行了時序分析。以功率最大化為目標，理論推導了能量存儲電路的占空比模型，得到了電路的最佳占空比等電學參數(shù)；同時用單片機對轉換開關的占空比進行控制，從而實現(xiàn)了能量存儲電路硬件設計。
　　在上述理

4、論和電路設計的基礎上，進行了cymbal換能器的俘能實驗?？疾炝藟弘娋w厚度對俘能性能的影響；考察了徑向和環(huán)向開槽2種開槽形式對換能器俘能性能的影響，并將結果與傳統(tǒng)的俘能器實驗結果進行了對比，結果表明開槽的俘能器的最大輸出功率約是傳統(tǒng)俘能器的2倍；考察了激振頻率對俘能性能的影響，發(fā)現(xiàn)在低頻狀態(tài)下，輸出功率隨著激振頻率增大而增大；最后考察了電路參數(shù)變化對換能器的俘能性能影響，并與基本的能量采集電路進行了實驗對比，結果表明本文的能量存儲電路