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化為電能并為微機電系統供電成為可能。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，以拓寬能量采集頻率并提高能量采集效率。論文的主要研究內容及結論如下:
　　1)根據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。根據優(yōu)化的結構參數，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、振子質量、壓電片片數為影響因素對發(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，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、定剛度升頻系統、變剛度升頻系統的發(fā)電功率進行比較分析，證明了變剛度升頻系統與其它兩種傳統發(fā)電裝置相比，在低頻振動