悬臂梁压电发电装置的实验研究

为了进行压电陶瓷材料发电性能测试与研究,研制了一套悬臂梁压电振子发电系统.设计了悬臂梁压电振子,并对压电振子进行了有限元分析和电导测试.在此基础上,设计了能量存储电路,并在低频下对悬臂梁压电振子发电性能进行了实验研究.研究结果表明,当悬臂梁压电振子处于谐振频率状态下振动时,输出电压和功率达到最大.输出电压随着负载的增大而增大,输出功率并不随着负载的增大而增大;压电振子存在-个最佳阻抗,当负载与最佳阻抗匹配时,此时压电振子的能量转化效率最高且输出功率最大.利用本实验系统进行压电发电实验测试,当负载为50 kΩ时,压电振子输出电压为7 V;当负载电阻为15 kΩ时,此时的输出功率最大可达到1.4 mW,产生的功率可以满足无线传感器等低耗能产品的供能需求.     

不同截面形状悬臂梁双晶压电振子发电能力建模与实验研究

为了研究截面形状对悬臂梁双晶压电振子发电能力的影响，本文根据压电方程和热平衡原理分别建立了截面形状为矩形、梯形和三角形悬臂梁双晶压电振子压电发电的数学模型，对截面形状对压电梁发电能力的影响进行了数值模拟与有限元仿真分析，并进行了实验验证。研究结果表明，在相同压电材料体积下，三角形压电振子最大输出功率为4.5mW，约为矩形压电振子的3.3倍，三角形压电振子相比于矩形和梯形压电振子具有更大的发电能力，可有效提高有限体积下压电振子的输出特性。     

多振子串联压电俘能器性能分析与测试

为实现低频、大振幅、高强度振动能量回收,提出多振子串联压电振动俘能器,在理论、试验两方面研究压电振子数量/电学连接方式、集中质量及激励频率等对其性能影响规律。结果表明,增加集中质量及压电振子数量均可有效降低俘能器基频、提高发电量/输出功率;压电振子电学串/并联时输出电压及使输出功率最大、最佳负载不同,但产生的电能及在最佳负载下的输出功率相同。制作1/2/4组压电振子构成的俘能器,进行不同集中质量、频率、压电振子电学连接方式及负载的对比试验。单组压电振子在集中质量292 g的最佳频率及发电量分别为集中质量36.5 g的0.6倍、1.92倍;4组压电振子电学并联时的最佳频率及发电量分别为单组的0.58倍、2.2倍;两组压电振子电学串/并联的最佳负载及最大输出功率分别为42.3/10.6 kΩ、232.8/202.7 mW。     

螺杆紧固郎之万型振子的大振幅特性

对设计大功率超声振动系统,振子的大振幅特性是极其重要的。由于缺乏测量方法和合适的可变机械负载,大振幅特性从未测量过。采用瓦特表法和作者提出的可变机械负载阻,测量了最为有效和广泛应用的螺杆紧固郎之万型振子的大振幅特性,证明测量是成功的。作为一例,一个螺杆紧固的振子的最大机械输出功率大于1.5KW,在最佳声负载阻时,其电声效率高达96%。 一、引言 在大功率超声应用中,振子的大振幅特性(LAC)对于振动系统的合理设计是极其重要的。在超声处理中,往往要求给出振速和超声输出功率。大振幅特性(LAC)系指: (1)有效机械阻与振速的关…     

碰振升频振动能量电磁式采集系统的动力学建模与分析

振动能量采集技术是一种非常有前途的清洁能源技术,在飞行器结构传感器网络等方面有重要应用潜景。针对低频振动能量采集技术主要存在的功率密度低、采集频带窄等问题,提了出碰振升频振动能量采集设计方案。在考虑机电耦合的前提下,建立了碰振升频采集系统的碰撞动力学模型,并对其进行了无量纲化处理。通过数值仿真,研究了不同碰撞间隙对系统输出电压和输出功率的影响,探讨了碰撞次数对电能输出改变的规律。研究结果表明:高频采集振子对低频驱动振子起到限位作用;随碰撞间隙的减小,输出电压的均方根峰值往高频方向移动,并不明显影响最大的输出电压;在碰撞发生频带,高频采集振子对总功率输出的贡献比例明显提升,约提升30%;相较于多次碰撞而言,单次碰撞更能确保电能输出的稳定性。     

旋磁激励式圆形压电振子发电机

为满足旋转机构监测系统自供电需求,设计旋磁激励式圆形压电振子发电机,并着重研究磁铁尺寸、磁铁间距、压电振子厚度等对压电振子一次受激产生的最大输出电压及总能量的影响规律。结果表明,其它条件确定时,增加磁铁尺度或减小磁铁间距均可有效提高发电机输出电压及有效速带宽度。试验获得输出电压大于12 V的转速范围为100~2 850 r/min。压电振子厚度对输出电压及总发电量均有较大影响,低转速时采用薄压电振子、高转速时采用厚压电振子有助于提高发、供电能力。0.2 mm、0.4 mm、0.6 mm厚压电振子最佳转速分别为707.5 r/min、1 301.8 r/min、2 490.4r/min,0.2 mm厚压电振子一次受激产生的电能/功率分别为0.4 mm、0.6 mm压电振子的3.1/1.7倍、6.4/2.0倍。以输出5 V供电电压为例,912 r/min时0.4 mm厚压电振子输出电能为0.6 mm厚压电振子的5倍,1710 r/min时0.6 mm厚压电振子的输出电能为0.4 mm压电振子的1.7倍。     

砧骨激励式压电振子听力补偿性能实验

针对传统压电式人工中耳输出增益较小、工作频带窄的问题,提出利用压电叠堆型压电振子激振砧骨体来补偿听力。为验证该方案的可行性,搭建由送声器、测声探管、压电振子及激光测振仪等构成的颞骨实验台,对振子动态特性、听骨链在声激励下及压电振子激振下的动态特性进行了测量。通过对比分析镫骨在两种激励下的运动情况,研究压电振子的听力补偿情况。结果显示,该砧骨激励式压电振子在低功耗、低电压下,便能对听力损伤进行有效补偿。此外,该压电振子听力补偿时还具有高频性能优异的特点,一方面在同等驱动电压下,高频补偿能力更强,能激起高达130 dB鼓膜声激励对应的运动幅度;另一方面,对高频段听力补偿时,具有较高的清晰度。     

驱动输入白噪声对Duffing振子运动影响分析

强噪声背景下混沌弱信号检测是利用弱信号的周期扰动使系统运动状态发生改变实现的，研究了数值解算时计算步长和驱动输入白噪声对弱信号检测中Duffing振子运动特征的影响，重点研究了对Duffing振子混沌临界态和大尺度周期态的影响，结果表明采用数值解算的步长不同系统运动状态不相同，与统计意义下任何零均值噪声都不会改变系统原有运行轨迹不同，不同功率的驱动输入白噪声会导致系统状态改变，分析了产生原因。     

低频振子设计及其冲击响应试验分析

在低频段冲击响应谱的测量中,传统的簧片仪所测谱值精度不高。为了更精确测量水下实船爆炸冲击的低频响应谱,设计一种低频振子结构,通过有限元软件分析该低频振子在不同类型冲击载荷作用下动态响应规律,然后进行了实物试验。试验表明,所设计的低频振子绝对加速度响应与有限元仿真计算结果相一致,而且其冲击载荷的动态响应与载荷的强度有着密切联系,所设计的低频振子对低频段冲击响应谱测量是有效的,同时有关结论也为低频振子结构的进一步优化提供理论依据。     

带状附加物放置角度对流致振动与振子俘能特性影响研究

流致振动普遍存在于工程领域与自然界,由于复杂性和多学科交叉的特点,流致振动一直是学界研究热点之一,利用被动湍流控制(passive turbulence control, PTC)来增强流致振动的俘能技术更是受到了广泛关注。该文章在光滑圆柱上放置不同角度的对称带状方形附加物,试验得到了振子的振幅、振动频率、输出功率、能量转换效率和振子升力系数,进一步揭示了被动湍流控制增强流致振动的机理。研究结果表明：PTC圆柱振子的最大振幅为2.0D,是光滑圆柱振子最大振幅的5倍;最大输出功率达0.44 W,是光滑圆柱振子最大输出功率的14倍。这说明合理的配置附加物的放置角度,可以使振子的振动由涡激振动(vortex-induce vibration, VIV)发展为驰振,同时获得较高的输出功率和能量转换效率,为利用流致振动进行能量转换和收集提供了必要的理论指导和技术支撑。