壓電式低頻環(huán)境振動能量采集裝置的研究.pdf

1、隨著人們對環(huán)境問題的關注以及對新能源的渴望，新型環(huán)保的能量采集技術成為國內(nèi)外研究學者探究的熱點;同時隨著對半導體元件的集成化與MEMS技術研究的不斷深入，將振動機械能通過采集技術轉(zhuǎn)化為電能并為微機電系統(tǒng)供電成為可能。但是由于自然環(huán)境與人類生活中的振動能量具有頻率低，頻帶寬的特點，傳統(tǒng)的振動能量采集技術在此環(huán)境中俘能效率低下。針對此問題，本文基于壓電效應，提出一種沖擊式振動發(fā)電裝置，通過理論公式推導及MATLAB仿真分析，從力的角度以提高

2、裝置的發(fā)電性能;同時鑒于變剛度結構可以增大壓電振子在微弱信號下的響應振幅，提出一種變剛度升頻振動發(fā)電系統(tǒng)，以拓寬能量采集頻率并提高能量采集效率。論文的主要研究內(nèi)容及結論如下:
　　1)根據(jù)機械振動理論與碰撞理論，設計一種低頻壓電沖擊式振動發(fā)電裝置，建立首次碰撞計算模型?；诖?，理論推導了拾振機構的輸出電壓與功率解析表達式，并利用MATLAB進行拾振機構的結構優(yōu)化，得到相應的結構參數(shù)。根據(jù)優(yōu)化的結構參數(shù)，利用AMESim仿真平臺建立

3、此發(fā)電裝置的仿真模型，并以激振頻率、振子質(zhì)量、壓電片片數(shù)為影響因素對發(fā)電裝置進行性能分析。
　　2)設計變剛度升頻壓電式振動發(fā)電裝置，并基于此建立機構的運動微分方程，采用AMESim仿真平臺對所建立的機構模型進行仿真模擬。確定變剛度彈簧剛度曲線及相應仿真參數(shù)，對采用不同剛度曲線下變剛度彈簧的發(fā)電裝置進行分析。對線性系統(tǒng)、定剛度升頻系統(tǒng)、變剛度升頻系統(tǒng)的發(fā)電功率進行比較分析，證明了變剛度升頻系統(tǒng)與其它兩種傳統(tǒng)發(fā)電裝置相比，在低頻振動