對于一種壓電晶體能量收集器的非線性分析.pdf

1、在過去十幾年的時間中，收集環(huán)境浪費的能量用于支持低耗能電子元件的運行的技術(shù)收到廣泛關(guān)注。能量收集器因其機電轉(zhuǎn)換方式不同可以分為壓電型、電磁型和靜電型三種，而其中尤以壓電型受到最多關(guān)注，主要因為壓電晶體能量收集器有較大的能量密度，而且這種類型的能量收集器的結(jié)構(gòu)比較簡單。所以，我們也主要研究了這種類型的能量收集器。在本文中，我們主要研究了一個典型的壓電非線性能量采集器，它包括兩個由含有電載荷的電路連接的永磁體，動磁體裝在由壓電材料組成的懸臂

2、量的端部，懸臂梁另一端連接振動源，另一個永磁體固定在動磁體對面。
　　首先，我們研究了在諧波激勵下的雙穩(wěn)態(tài)壓電晶體能量收集器的頻率響應(yīng)，并且主要研究了動靜磁體的距離對系統(tǒng)非線性的影響。懸臂的勢能函數(shù)圖展示了當(dāng)動靜磁體之間的距離減小時，系統(tǒng)會由單穩(wěn)態(tài)向雙穩(wěn)態(tài)過渡的過程。動靜磁體之間的距離是這種壓電晶體能量收集器的調(diào)諧參數(shù)，可以通過減小動靜磁體之間的距離使能量收集器系統(tǒng)系統(tǒng)由線性向非線性轉(zhuǎn)變。我們希望從這方面的研究結(jié)果，得到最佳的運行

3、參數(shù)。在線性條件下，我們獲得了壓電晶體能量收集器的典型的共振曲線。減小動磁體和靜磁體之間的距離Δ，我們發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的較大輸出功率的頻率值相對于線性區(qū)域變大了。為了更好地研究非線性區(qū)域的性質(zhì)，我們特別研究了Δ=3mm的典型非線性壓電晶體能量收集器，發(fā)現(xiàn)除了能量收集器可用頻率范圍增加之外，當(dāng)激勵頻率比較小的時候，電位勢壘會阻止動磁體通過平衡位置，所以系統(tǒng)只能在懸臂勢能最小點左右振動。
　　其次，我們應(yīng)用積分方程法研究了能量收集模型在不同參

4、數(shù)下的周期解問題。積分方程法在非線性振動和磁流體自激發(fā)電領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有良好的數(shù)值魯棒性和精確性。壓電晶體能量收集器的無量綱控制方程被用于求解周期解，這是一個典型的非線性二階微分方程，還包括了動磁體位移和電壓的耦合方程。積分方程法可以減小計算難度和計算成本。應(yīng)用積分方程法推導(dǎo)壓電晶體能量收集器的周期解的全部過程被詳細給出。我們還研究了激振頻率變化對周期解的穩(wěn)定性和分叉的影響。在本文中，周期解的穩(wěn)定性分析主要使用單值矩陣的方法來進行。單