懸臂型壓電發(fā)電裝置固有頻率與能量輸出特性的研究.pdf

1、懸臂型壓電發(fā)電裝置能夠直接將機械能轉(zhuǎn)換成電能，具有結(jié)構簡單、加工方便、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢。該發(fā)電裝置在諧振條件下能夠產(chǎn)生很高的輸出電壓。其固有頻率與材料的尺寸和力學性量切相關；合適的外加負載其能夠產(chǎn)生較大的能量輸出。所以研究此類發(fā)電裝置的固有頻率與能量輸出對于提高發(fā)電能力具有重要意義。
　　本文以正壓電效應為基礎，基于壓電振子的振動模式，支撐方式等條件，建立了壓電發(fā)電理論模型。將壓電陶瓷PZT-5H制作成不同尺寸的壓電振子。分別選擇

2、不同厚度的黃銅片、鋁合金、不銹鋼作為金屬基片。以環(huán)氧樹脂E51與胺類固化劑W93混合物作為粘合劑。對懸臂型壓電發(fā)電裝置進行固有頻率和能量輸出的測試。
　　結(jié)合理論模型與試驗分析，從壓電振子尺寸、金屬基片尺寸、金屬基片的種類三個主要影響因素出發(fā)，分析了不同條件下固有頻率的變化規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)固有頻率隨壓電振子與金屬材料長度的增加而降低，隨材料厚度的增加而線性升高；當金屬基片種類發(fā)生改變化時，固有頻率隨金屬基片剛度系數(shù)的增加呈現(xiàn)遞增的關

3、系。該結(jié)論與理論推導的結(jié)果基本一致。驗證了理論的準確性，并據(jù)此總結(jié)出固有頻率隨結(jié)構尺寸的變化規(guī)律。為優(yōu)化懸臂型壓電發(fā)電裝置結(jié)構尺寸提供了依據(jù)。
　　能量輸出實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，輸出電壓隨頻率的變化呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，通過該變化趨勢可以判斷固有頻率的大小。針對結(jié)構尺寸進行了實驗研究，總結(jié)發(fā)電裝置的尺寸對發(fā)電能力的影響。將合適的負載阻抗接入測試電路，結(jié)果表明此發(fā)電裝置符合電路分壓特性，從功率隨負載的變化關系可以明顯看出，合適的負載阻