壓電換能器設計與能量獲取特性研究-全文預覽
【正文】 電路進行交、直流轉換，最終可以求出壓電振動產(chǎn)生的電壓功率值。經(jīng)過每個二極管的平均電流為 ID=；由于電抗元件在電路中有儲能作用 ,當并聯(lián)的電容器 C 在電源共給的電壓升高時，能把部分能量存儲起來，而當電源電壓降低時就把能量釋放出來，及即電容 C 具有平波的作用。假設壓電懸臂梁的振動信號為正弦信號，在不考慮電路內(nèi)阻的情況下可以得到近似恒定的直流電壓輸出。（ 38） 此時，流過電容 C 的平均電流為 0；處于穩(wěn)態(tài)時 錯誤 !未找到引用源。（ 311） 可見，采集能量的功率 P 與振動的頻率，振幅，幾何尺寸，電路負載有關。 諧振頻率的推導 江蘇科技大學本科生畢業(yè)設計（說明書） 6 當壓電懸臂梁在其諧振頻率下振動時，其輸出電壓達到最大值。又設PZT 的楊氏模量和密度分別為 E1,ρ1，不銹鋼材料的楊氏模量和密度分別為 E2， ρ2，對于壓電層，其厚度，等效楊氏模量和等效密度可以分別表示為： h=h1+h2 (313) ρ=(ρ1h1+ρ2h2)/(h1+h2) 是梁的有效質量，對于矩形懸臂梁， = (317) 將 (316)， (317)帶入 (315)中得： ω0=錯誤 !未找到引用源。 (318) E 是材料的楊氏模量； h 是梁的厚度； b 是梁的寬度； l 是梁的長度。 輸出電壓隨 PZT 厚度的增加而增大。在分析任何一個幾何量 的影響時，其他量均保持不變。這是由于 PZT 厚度的增加使振動過程中電荷積聚增多的緣故，中和來看雖然，越薄的結構越能滿足低頻諧振的要求，但其輸出電壓和功率都會下降。 江蘇科技大學本科生畢業(yè)設計（說明書） 10 圖 47 PZT 長度對基頻 諧振頻率的影響 圖 48 PZT 長度對輸出電壓的影響 圖 49 PZT 長度對功率的影響 圖 48，圖 49 分別表示輸出電壓、功率隨梁長度的增加而發(fā)生變化的曲線。 圖 410 質量塊對基頻諧振頻率的影響 圖 411 質量塊對輸出電壓的影響 如圖 411 圖 412 所示為質量塊質量的變化引起輸出電壓與功率的變化。 圖 412 質量塊的質量對功率的影響 綜上所述，影響壓電懸臂梁能量采集裝置諧振頻率，輸出電壓，功率的因素多種多樣，除了以上分析的質量塊質量，懸臂梁長度， PZT 層厚度等主要幾何尺寸外，構成壓電懸臂梁和質量塊的材料特性，壓電陶瓷的沉淀工藝等都會對此三者造成一定的影響。微能源，電源技術， 2020,26（ 6）： 470474 [2]秦沖，苑偉政，孫磊等，微能源發(fā)展概述，光電子技術， 2020,25（ 4） 218225 [3]Torres E Mora G A,Energy harvesting chips and the quest for everlasting life,. [4] and . RinconMora, “Long Lasting, SelfSustaining,and EnergyHarvesting SysteminPackage(SIP)Wireless MicroSensor Solution, ＂ International Conference on Energy, Environment and Disasters (INCEED 2020), Charlotte, North Carolina, USA, 2020. [5], . Leland, J. Baker, E. Carleton, E. Reilly, E. Lai, B. Otis.,. Rabaey and . Wright., “ Improving Power Output forVibrationBased Energy Scavengers,” IEEE Pervasive Computing, , , 2020. [6] and . Chandrakasan,“Self Powered Signal Processing Using VibrationBased Powe
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