利用振動自供電電路的研制開題報告-文庫吧
2025-04-22 16:17 本頁面
【正文】 應環(huán)境進行自供電，提高設備的免維護性。隨著壓電材料壓電性能的 提高以及高集成度、低能耗電子器件和無線網(wǎng)絡的使用，使得壓電陶瓷發(fā)電技術的應用逐漸成為研究的熱點。隨著微電子、計算機和無線通信等技術的不斷進步，以及各種低功耗傳感器的蓬勃發(fā)展，將數(shù)據(jù)采集、信息處理和無線通信等各種功能集成在 微小體積的傳感器上成為可能。 [5]隨著研究的深入人們利用非線性技術可使壓電式能量采集獲得較寬的振動頻率和較高的輸出電壓。 [6]接著又對如何提高壓電振動能量采集器的環(huán)境適應能力 , 研究了振動能量采集寬頻帶和多方向兩個研究方向。 [7] 美國 MIT 研發(fā)出一種壓電式發(fā)電機，發(fā)電機采用 PZT(zirconate titanate PbO3)材料制成，它與外部的振動源發(fā)生共振，根據(jù)壓電效應從而產(chǎn)生電能，模型輸出能量密度為 mW h/cm2。 英國 Southampton 大學設計出一種壓電式微機械振動發(fā)電機，在振動環(huán)境中，質量塊帶動梁和壓電薄膜一起振動，使得其發(fā)生變形，在壓電薄膜的上下表面產(chǎn)生電荷，從而使兩個電極之間產(chǎn)生電勢差。 國內上海交通大學研發(fā)出一種硅懸臂梁結構的壓電發(fā)電裝置， 其硅懸臂梁結構尺寸為 3000μm179。1000μm179。15μm，質量塊尺寸為 1500μm179。1000μm179。500μm， PZT 厚度為 ，電極長度為 600μm，諧振頻率為 229Hz。在 正弦振動源的激勵下輸出交流電壓的峰 峰值達到 ，經(jīng)橋式整流后直流電壓為 ，連接電阻負載 200kΩ 時，輸出功率達到 。 [8] 電磁式能量采集裝置 電磁式振動能量采集裝置利用法拉第 電磁感應原理來發(fā)電，具有體積小、感測頻率高、發(fā)電量大、無需驅動電源、可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點，越來越受到國內外科學家和工程師的廣泛關注。根據(jù)振動部件不同，電磁式振動能量采集裝置主要包括動鐵、動圈、和鐵圈同振三種類型。 動鐵型電磁振動能量采集裝置是環(huán)境振動驅動永磁鐵引起振動而使線圈磁通發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電動勢。最早從 1995 年開始英國的 Sheffield 大學的 Williams、Shearwood、 Yates 等建立了動鐵型電磁式振動能量采集裝置的通用模型，并進行了詳細的理論分析，設計并利用微加工技術制作了 mm 級的樣機，稀土永磁體在凹槽內上下振動，平面線圈內磁通發(fā)生變化產(chǎn)生感應電動勢。該能量采集裝置最大能夠采集 μ W 的電能。 動圈型電磁振動能量采集裝置是環(huán)境振動驅動線圈振動而產(chǎn)生感應電動勢。 1998 年美國 MIT 的 Amirtharajah 等提出，線圈由彈簧驅動相對永磁體垂直振動，磁通量變化而產(chǎn)生感應電動勢。以人行走的振動作為振動源，該裝置的平均輸出功率 400μ W。 鐵圈同振型電磁振動能量采集裝置是環(huán)境振動驅動永磁鐵和線圈同時振動而使線圈磁通發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電動勢。美國 Michigan大學的 Haluk Kulah和 Khalil Najafi等提出了體積為 mm 級微型鐵圈同振型電磁振動能量采集裝置，靠釹鐵硼 (NdFeB)和懸臂梁的吸引和釋放來實現(xiàn)頻率轉換，能夠采集最大電壓 6mV，最大功率 4nW。鐵圈同振型相對前兩者設計新穎，但結構更加復雜、加工工藝和制作成本更高。 由于能量采集器可以把環(huán)境中存在的能量轉換成電能，而成為一種可代替電池和可自我維持的新型電源。 [9]這一點在電子產(chǎn)品中的應用前 景將會十分廣泛。 靜電式能量采集裝置 靜電式能量采集裝置本身依賴電壓源或電荷源對其提供電壓或電荷，通過帶電板的相對運動實現(xiàn)發(fā)電的目的。日本的 NTT 微系統(tǒng)集成研究所采用梳狀硅結構的電容相對運動來采集振動
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