双自由度压电振动能量采集器的力-电输出特性分析

摘要：

在单自由度悬臂梁压电振动能量采集器模型基础上增加一个弹性放大器,构造形成了具有双自由度的压电振动能量采集器.利用ANSYS有限元软件建立了双自由度压电能量采集器的有限元力-电耦合模型,数值分析了模型中各参数(如质量比、阻尼比以及负载电阻等)对系统力特性(速度、加速度等)和电输出特性(电压、电流、输出功率等)的影响.研究结果表明:大的质量比和小的阻尼比能够提高压电悬臂梁能量采集器的输出功率,并能拓展其工作频带;短路谐振状态下的匹配电阻能够使能量采集器产生较大的输出电流,而开路谐振状态的匹配电阻能够使能量采集器产生较大的输出电压.研究结果还表明:对于尺寸为50.8 mm×31.8 mm×0.26 mm的悬臂梁基板和50.8 mm×31.8 mm×0.14 mm的压电晶体构成的双自由度系统,在基础加速度40 m/s2、频率38 Hz的外界振动激励下,系统在负载电阻短路和开路状态下的最大输出功率分别达到4 386.5和4 263.4 mW,是单自由度系统的10倍.双自由度系统的频带宽度达到10 Hz,是单自由度系统的5倍.

关键词：振动能量采集器、压电材料、宽频带、双自由度、力-电耦合模型

所属期刊栏目：27

分类号：TN712+.5;TN752(基本电子电路)

资助基金：国家自然科学基金资助项目51277165;浙江省自然科学基金资助项目Y1080037;浙江省教育厅资助项目Y201223050;浙江省高校优秀青年教师资助计划项目;浙江工商大学青年人才基金

在线出版日期：2015-02-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：871-877