壓電換能器設計與能量獲取特性研究-免費閱讀
【正文】 圖 412 質(zhì)量塊的質(zhì)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(zhì)量塊質(zhì)量，懸臂梁長度， PZT 層厚度等主要幾何尺寸外，構(gòu)成壓電懸臂梁和質(zhì)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。 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。在分析任何一個幾何量 的影響時，其他量均保持不變。 (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。 (317) 將 (316)， (317)帶入 (315)中得： ω0=錯誤 !未找到引用源。 (313) ρ=(ρ1h1+ρ2h2)/(h1+h2) 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。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。 壓電元件的振動將產(chǎn)生交流電壓，而對于微型負載來說需要常常是一個穩(wěn)定的直流電壓，因此需要采用整流電路進行交、直流轉(zhuǎn)換，最終可以求出壓電振動產(chǎn)生的電壓功率值。 (32) α=e31(h1+h2)b/l 為了降低諧振頻率，在自由端固定以質(zhì)量塊，使之在環(huán)境振動頻率下能夠給實現(xiàn)共振，從而滿足最大電能輸出 [15]。首先 依據(jù)低頻環(huán)境振動的特點，建立了以末端固定質(zhì)量塊的壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)作為換能元件的振動能量采集裝置的模型 ；然后， 在對壓電材料的特性 、 電流等效電路分析的基礎上，推導出 了 能量采集裝置諧振頻率 、 輸出電壓及輸出電功率的 計算模型公式；進一步，結(jié)合現(xiàn)有的臺灣成功大學的試驗結(jié)果，對比了基于本人導出模型給出的理論結(jié)果和試驗結(jié)果，二者相差不大表明本文模型的有效性和準確性；最后，給出了壓電懸臂梁能量獲取特性隨幾何尺寸和頻率的變化規(guī)律。在壓電層發(fā)生應變產(chǎn)生的壓電電荷中，由于微懸臂梁的振動（沿水平方向）引起的壓電膜在水平上應變（拉伸和收縮）而產(chǎn)生的壓電電荷遠大于其他方向壓電產(chǎn)生的電壓，因此可以忽略由其他兩個方向應變產(chǎn)生的壓電電荷。壓電薄膜的上下兩表面分別沉積了金屬電極，中間的 PZT 材料為絕緣體，這樣就構(gòu)成一個電容器，等效電容為 Cp 當只考慮正壓電效應時，壓電 薄膜可以等效為圖中的電流源 。 圖 3 中的轉(zhuǎn)換電路中， I(t)為進入整流電路的電流， Vc為整流電容 C 兩端的電壓。（ 37） 當 |Vp|≤ VC時： I(t)=CVC(t)+VC/R=O t=0，則： =錯誤 !未找到引用源。（ 39） 將式（ 31）在 [a,b]區(qū)間上積分 ，帶入（ 39）可得： 錯誤 !未找到引用源。其中，振動頻率是至關(guān)重要的因素。 (312) E=（ E1h1+E2h2） /(h1+h2)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，綜合來看雖然，越薄的結(jié)構(gòu)越能滿足低頻諧振的要求，但其輸出電壓和功率都會下降。 PZT 層的厚度是影響輸出電壓和功率的重要因 素，較高的輸出電壓和轉(zhuǎn)換功率有利于驅(qū)動較大的負載，因此在結(jié)構(gòu)設計是可以盡可能的增加 PZT 層，以獲取較高的能量。圖中懸臂梁的長度分別為 , 時的圖，當懸 臂梁長度越長時，越容易斷裂。 江蘇科技大學本科生畢業(yè)設計（說明書） 12 第五部分：主要參考文獻 [1]劉路，解晶瑩。 質(zhì)量塊的質(zhì)量的影響 如圖 410 所示為諧振頻率隨質(zhì)量的增加而降低，可以看出質(zhì)量的變化對短梁的影響較為明顯，從圖中可以看出質(zhì)量從 0 增加到 過程中其諧振頻率迅速降低，可見，對處于自然振動環(huán)境中為結(jié)構(gòu)裝置而言，在梁的自由端保留質(zhì)江蘇科技大學本科生畢業(yè)設計（說明書） 11 量塊，是一種滿足其低頻諧振要求的簡單
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