一种质量块 弹簧自参数共振压电俘能器研究

该文提出了一种在压电梁与末端质量块之间加装一个弹簧的二自由度压电俘能器。利用扩展哈密顿原理建立了俘能器的机电耦合方程。仿真结果表明,当压电梁不屈曲时,压电梁子系统与质量块 弹簧子系统之间的运动相互影响,弹簧刚度、质量块的质量对俘能器的俘能性能有重要影响。当质量块 弹簧子系统的固有频率为压电梁子系统的固有频率2倍时,系统为自参数共振系统,此时的激励阈值为最小,且俘能带宽也会增大。     

压电悬臂梁俘能器输出特性仿真分析

为了研究压电俘能器的振动频率、内阻抗、负载及输出功率之间的耦合关系,基于ANSYS APDL软件,对单、双晶串联、双晶并联等多种不同配置方式的压电悬臂梁俘能器进行了压电 电路耦合分析。研究表明,俘能器内阻抗随振动频率呈现非线性变化,在短路谐振频率处达到最小值,在开路谐振处达到最大值;俘能器内、外阻抗匹配时,俘能器输出功率达到最优值;俘能器阻尼较小时,最优输出功率出现在短路谐振与开路谐振处,随着阻尼比逐渐增加,最优输出功率出现在两者之间,且只有一个峰值。     

基于双曲函数的双忆阻器混沌电路多稳态特性分析

基于经典蔡氏混沌振荡电路,引入一种双曲余弦函数的新型磁控忆阻器模型,设计含有两个双曲余弦忆阻器的混沌电路系统,讨论了系统平衡点集面的稳定区间.选择不同的忆阻初始值进行数值仿真,通过分岔图与Lyapunov指数谱研究双曲忆阻混沌系统的多稳态特性.结果表明,含双曲函数的双忆阻混沌电路具有复杂的动力学行为,运动轨迹不仅依赖于电路参数,还受电路的初始状态影响,由此产生了不同拓扑结构的混沌吸引子与不同周期运动的多稳态隐藏吸引子共存现象.     

基于复合球形颗粒链的冲击能量收集新方法

提出并系统研究了一种基于复合球形颗粒链的新型压电俘能器,从俘能机理、系统搭建和性能优化等方面进行了探究,并建立了完善的孤立波压电俘能理论模型。采用四阶龙格库塔法求解各颗粒的运动微分方程,将计算得到的位移运用赫兹接触定律转化为各颗粒间的动接触力,并引入压电方程计算压电元件的开路电压。再在Simulink仿真软件中建立俘能电路模型,将开路电压转化为储能电容的电压值。在理论分析基础上,搭建了两种球形颗粒链式压电俘能器,并进行了典型信号的采集实验。结果表明,复合式颗粒链具有独特的“能量陷阱”现象,与理论计算结果一致。通过分析总结颗粒链结构、激振力幅值及压电元件厚度与数量等参数对俘能效率的影响规律,为基于复合球型颗粒链的新型压电俘能器优化设计奠定了基础。     

非线性压电耦合对L型梁俘能器性能的影响

以二自由度的L型梁双稳态压电俘能器为研究对象,研究了非线性压电耦合关系中的一、二次非线性系数对俘能器输出功率和主梁运动的影响。通过对无量纲动力学方程的数值进行了仿真分析,结果表明,当激励幅值较大时,非线性压电耦合对俘能器输出功率和主梁运动有明显的影响;非线性压电耦合系数越大,输出功率越大,而俘能器的振动位移越小。非线性压电耦合的一次非线性系数取正值时,俘能器的响应优于线性耦合时的俘能器响应,取负值,则反之;而无论二次非线性系数取何值,非线性耦合时俘能器的响应都优于线性耦合时俘能器的响应。     

沥青路面内矩钹形压电俘能器性能仿真分析

提出一种新型矩钹形压电俘能器用于收集沥青路面振动能量。矩钹形俘能器包括2个矩钹形端帽和1个矩形陶瓷片,2个端帽黏贴在矩形陶瓷片上、下表面。当外压力作用在2个端帽的顶部,外压力通过端帽的变形转换成陶瓷片的张力,陶瓷片变形产生电压。建立了单个矩钹形俘能器的有限元模型并分析了埋设在路面下40mm的输出电压,结果表明,单个俘能器可产生约21.355V电压。研究了俘能器的结构参数对其输出电压的影响,为俘能器的设计提供参考。为大面积收集沥青路面振动能量,设计了垂直和水平两种矩钹形俘能器阵列。用有限元方法分析了两种俘能器阵列在路面下的力电特性,结果表明,两种阵列形式的俘能器都比串联单个俘能器所输出的电压高。     

文氏桥超混沌电路时滞反馈混沌控制

混沌镇定控制的应用范围很广,所采用的方法很多。本文研究了文氏桥超混沌电路的时滞反馈混沌镇定控制方法,利用模拟时滞反馈控制器将系统状态变量延时后接入原系统,实现了运行状态从超混沌态到单周期态的转变。设计了时滞反馈控制器电路,并进行了平衡点稳定性分析。电路实验结果验证了数值仿真结果,说明了时滞反馈控制器可以有效实现超混沌电路的混沌镇定控制。     

串联结构d15模式PZT-51压电俘能器的研究

设计并制作了串联结构剪切模式(d15) PZT-51压电俘能器,其两PZT-51单元并肩放置,极化相反构成串联结构.在不同负载、不同频率下测量了该压电俘能器的电学性能.其中在73 Hz频率处,该压电俘能器连接2.2 MΩ负载对应的输出峰-峰值电压为12.4 V,输出功率为8.7μW.同时通过有限元分析模型,将模拟的数值解与实验测量值进行对比发现两者较吻合.结果表明,所设计的串联结构d15模式PZT-51压电俘能器有应用于俘获环境中低频振动能的前景.     

基于分数阶忆阻器的混沌电路分析与设计

提出了一种新型的分数阶忆阻混沌电路.首先,建立了分数阶忆阻器的数学模型,通过数值仿真验证了分数阶广义忆阻器满足忆阻器的基本特性.然后,将分数阶广义忆阻器与蔡氏振荡电路相结合,建立了一种基于分数阶广义忆阻器的混沌电路模型.通过稳定性理论,对分数阶系统的稳定性进行了分析.为了进一步研究电路参数对系统动态行为的影响,利用相位...     

压电俘能器阻抗匹配分析及实验研究

为了研究负载电阻对压电悬臂梁振动俘能性能的影响,使用有限元法对直接与负载相连的悬臂梁压电振子进行压电-电路耦合分析,得到了负载电阻对压电俘能器谐振频率、输出电压和功率的影响关系,并进行实验验证.研究结果表明,随着外接负载电阻的增大,俘能器谐振频率有所增加,从短路谐振频率到开路谐振频率变化范围可达到2 Hz.此外,负载阻值的大小也会影响俘能器的发电能力,负载电阻越大,输出电压越高,但存在匹配电阻使压电俘能器的输出功率达到最大.因此,通过合理选用负载电阻可实现固有频率微调谐和增加发电能力的目的.     

压电能量收集器的研究现状

压电能量收集器是能量转换的核心器件之一,其性能的好坏直接决定输出能量的大小及能量转换效率的高低。综述了压电能量收集器的组成部分和各个方面:压电材料、器件结构及振动模式的特性、应用状况和存在的问题,分析了各部分的优缺点,并对压电能量收集器的研究方向作了展望。     

压电-电磁复合式俘能器的设计与实验研究

针对现有压电、电磁俘能器不能同时输出大电压和大电流,设计了一种压电-电磁复合式俘能器。根据设计的复合式俘能器结构进行了理论建模,推导出了电压、电流、振幅和输出功率的表达式,并利用Ansys和Ansoft仿真软件对复合式俘能器的输出特性进行了仿真分析。最后通过实验对比分析了压电、电磁与压电-电磁复合式俘能器的输出特性,分析得到在0.6 g(g=10m/s2)加速度作用下,压电-电磁复合式俘能器的最优输出功率比电磁、压电俘能器分别提高了118%、38%,同时3dB带宽可增大67%、25%。     

不同边界条件下d_(15)模式压电俘能器的俘能性能

该文考虑了全夹持和半夹持边界条件分别对d15模式压电悬臂梁俘能性能的影响。基于铁木辛柯梁理论建立了d15模式压电双晶片悬臂梁装置理论模型,并制作了半夹持结构悬臂梁的实验装置模型,测量了其在不同频率和不同负载电阻下的压电俘能性能。结果表明,设计的半夹持结构悬臂梁俘能器具有更优异的俘能性能和在低频环境下俘能的潜能。     

悬臂梁基底对压电俘能器输出响应的影响分析

悬臂梁的材料与结构对压电俘能器的输出响应具有重要影响。为了 研究在1.5~5.8 m/s低风速环境下不同基底材料对接触式压电俘能器的影响,该文选择聚氯乙烯（PVC）、304不锈钢、1060铝和H68黄铜材料为基底的柔性聚偏氟乙烯（PVDF）压电悬臂梁结构,并进行了对比实验与分析。结果表明,以304不锈钢为基底的悬臂梁结构输出功率最大。通过计算不同基底材料梁的结构参数发现,在低风速工况下,梁的结构刚度与减幅因数是影响压电俘能器输出性能的主要因素。同等工况下,梁的结构刚度越小,接触式压电俘能器的启动风速越低,风致振动的激振力频率越高;减幅因数越小,悬臂梁的输出功率越大。     

基于非完美声学黑洞的压电能量收集系统

针对高频压电振动能量回收效率低的缺点,提出了一种基于非完美声学黑洞的压电阵列式能量收集系统。首先建立了非完美声学黑洞薄板结构模型,并分析了在时域和频域条件下能量聚集特性,非完美声学黑洞结构能量集聚于中心平台的多个位置。然后建立了阵列式压电俘能系统实验模型,结构中心平台上能量聚集点的输出电压存在较大的相位差,通过引入整流电路消除此相位差,对比分析了整流前后串、并联电路的输出电压,结果表明,整流后系统输出电压能力得到了较大提高。     

Theoretical Model and Outstanding Performance from Constructive Piezoelectric and Triboelectric Mechanism in Electrospun PVDF Fiber Film

Flexible materials with high electromechanical coupling performance are highly demanded for wide applications for electromechanical sensors and transducers, including mechanical energy harvesters. Here, outstanding electromechanical performance is obtained in electrospun‐aligned polyvinylidene fluoride (PVDF) fiber film. A theoretical model is developed from systematic theoretical analyses to clarify the underlying constructive piezoelectric‐triboelectric mechanism in the polarized PVDF fiber films that explains the experimental observations well. The electrospinning process induces polarization alignment and thus tunes the electron affinity for PVDF fibers with different polarization terminals, which results in the constructive piezoelectric and triboelectric responses in the obtained PVDF fiber films. Extremely large effective piezoelectric performance properties are achieved in the direct piezoelectric measurements, reaching the maximum effective piezoelectric strain and voltage coefficients of ?1065 pm V^?1 and ?9178 V mm N^?1, respectively, at 100 Hz. In the converse piezoelectric measurements without a significant contribution from reversible triboelectric effect, the maximum effective piezoelectric strain and voltage coefficients are ?166 pm V^?1 and ?1499 V mm N^?1, respectively. The theoretical analyses and experimental results show the great potential of the electrospun aligned polar PVDF fiber material for various electromechanical device applications, particularly for mechanical energy harvesting.     

低功耗自供电压电能量管理电路的研究

为了提高压电能量采集系统的采集效率,该文提出了一种用于压电能量采集的自供电能量管理电路。采用基于并联同步开关感应(PSSHI)技术的有源全桥整流电路来提高压电采能器的功率,降低整流电路上的导通损耗;采用低功耗稳压降压集成芯片配合超级电容器,实现能量的高效采集存储。仿真结果表明,在模拟输出电压幅值为20 V时,该整流电路的输出功率为1.084 6 W,比传统整流电路的平均输出功率提高了16.8%,在最高输出电压为5 V时,30 s内储存能量可以达到4.137 1 J。