采用复合磁电换能器的宽带振动能量采集器

采用磁致伸缩/压电层合磁电换能器设计了一种新型的宽带振动能量采集器,采集器由多个悬臂梁、磁电换能器和永磁体组成,将磁电换能器和提供磁场的永磁铁分别与悬臂梁构成具有不同固有频率的弹性结构,从而响应不同频率的机械振动.推导了换能器和永磁体组间磁力作用下能量采集器的动力学方程及其电输出模型;借助磁场分析软件Ansoft's Maxwell研究了影响能量采集器的频率特性及电能输出的因素,为获得最优性能的能量采集器提供设计依据.根据分析设计了振动能量采集装置并进行了实验,实验结果表明:在振动加速度为0.2 g(g=9.8 ms-2)时,当两悬臂梁间频率差为3.6Hz时,振动能量采集器响应频带宽度从单梁结构的0.8 Hz增加到双梁结构的5.0 Hz,负载电阻为1 900Ω时,其上的功率达到最大0.22 mW.     

非线性宽频压电振动能量采集器的研究

为改善双稳态压电振动能量采集器在基础低幅值激励条件下的输出性能,提出了一种带有线性放大器的非线性宽频压电振动能量采集器,通过线性放大器对基础低幅值激励进行一级放大后,激发双稳态压电振动能量采集器进入高能轨道的大幅值周期振动,从而提高能量采集器的输出性能。根据力学和电学平衡方法建立了非线性宽频压电振动能量采集器的两自由度集总参数模型和运动微分方程,并对系统模型进行时域和频域求解,仿真分析了系统质量比、刚度比等参数对系统输出特性(振动位移、速度、相图和输出电压等)的影响。最后,通过与双稳态压电振动能量采集器输出性能的实验结果对比分析,表明非线性宽频压电振动能量采集器在较小的激励幅值作用下具有更高的输出特性和更宽的工作频带。     

非线性压电式能量采集器

由于非线性技术可使压电式能量采集获得较宽的振动频率和较高的输出电压,本文基于非线性振动研究了一种压电式能量采集器。基于Duffing模型测试得到了非线性压电能量采集器的振动方程,对其振动特性进行了仿真测试。在不同永磁体间距的条件下,测试了非线性压电式能量采集器的开路输出电压,结果表明,当激振台加速度为20m/s2时,该非线性压电式能量采集器的最大输出电压从线性系统输出时的131V提高到208V,最大输出功率为43.264mW,主共振频率变化范围达到18Hz。该Duffing模型的结构可以在小范围内改变非线性压电式能量采集器的共振频率,同时提高其输出电压。     

宽频压电振动能量采集器的实验研究

为改善线性单频谐振式压电振动能量采集器的输出性能,研制了双自由度宽频压电振动能量采集器样机模型,搭建了样机实验测试平台,研究了系统刚度比和负载电阻等参数对能量采集器输出性能的影响。通过调节系统刚度比,不仅可以拓宽压电振动能量采集器的工作率带,还提高了压电振动能量采集器的输出电压和输出功率。结果表明:在基础振动加速度为40m/s~2和负载电阻为471kΩ条件下,双自由度宽频压电能量采集器的工作频带是单频系统的7倍,最大输出功率是单频系统的4.5倍。     

一种基于复杂永磁体阵列的悬浮式振动能量采集器的精确模型及验证

为提高振动能量采集器的输出性能和工作频带，基于永磁体阵列和多自由度器件受到广泛关注。然而这类器件存在磁场分布复杂，动态特性难以模拟等问题。以一种基于复杂永磁体阵列的可调频磁悬浮振动能量采集器为研究对象，建立器件解析模型和有限元模型的联合分析模型，理论模型显示系统具有非线性振动特性，其动力学模型可简化为Duffing方程形式，并通过有限元模型简化了对非线性系统的分析。利用COMSOL有限元仿真研究器件磁场分布、非线性磁力特性，分析磁力和线圈位置对器件输出特性的影响。搭建测试平台对研制的可调频磁悬浮振动能量采集器进行试验表征，以验证联合分析模型。试验结果表明，在20～35 mm的固定磁铁间距离变化范围内，器件谐振频率变化范围为8.6～13.1 Hz，0.35g加速度下输出电压峰峰值为352.9～658.2 mV，联合分析模型与试验之间具有一致性。     

多方向宽频带压电式振动能量采集器研究进展

本文介绍了压电振动能量采集器的工作原理,阐述了振动能量采集器中的单/双晶片、Rainbow型、Cymbal型、褶皱型等几种常见和新研发的压电换能元件的结构形式和相应特点。然后,针对如何提高压电振动能量采集器的环境适应能力,介绍了振动能量采集宽频带和多方向两个研究方向,以及国内外在这两个方面的最新研究进展。着重阐述了压电振动能量采集器的拓宽频带宽度、调整共振频率等宽频带能量收集的实现方法,以及非线性磁力耦合结构、立方体-球结构、蒲公英状结构等多方向能量收集的实现方式。最后,对多方向宽频带压电式振动能量采集器的发展趋势进行了展望。     

一种宽频压电振动能量采集器的解析模型与试验研究

为提高单频压电振动能量采集器的能量转换效率和工作频带,以带有弹性放大器的宽频压电悬臂梁振动能量采集器为研究对象,提出一种改进的集总参数机电耦合解析模型,通过引入参数修正因子和考虑悬臂梁的振型信息,利用能量守恒原理和曲线拟合方法确定解析模型的等效参数,并根据力学、电学平衡原理建立系统的运动控制方程、频率特性方程和电功率输出表达式;仿真分析能量采集器质量比、刚度比、阻尼比以及负载电阻等对系统振动特性、电输出特性及负载特性的影响;研制宽频压电悬臂梁振动能量采集器原理样机,搭建试验系统,对解析模型进行验证。结果表明:增大弹性放大器与压电悬臂梁的刚度比和质量比以及减小弹性放大器与压电悬臂梁的阻尼比可以提高能量采集器的转换效率和工作频带。     

一种采用复合磁电换能器的振动能量采集器

设计了一种由悬臂梁、磁电换能器和永磁体组成的新型振动能量采集器.环境振动引起换能器与永磁体相对运动,使得作用到换能器的磁场变化,变化的磁场引起换能器得到电输出.理论分析了影响换能器与永磁体相对运动的磁场力和永磁体的非线性运动情况.实验结果表明:在振动激励频率为33 Hz,振动加速度为0.5 g的条件下,输出电压峰峰值45.1 V,输出功率112.1 μW.     

三稳态压电能量采集器的动态特性与实验

为了探究三稳态压电振动能量采集器的动力学特性,以磁-机-压电耦合型三稳态压电振动能量采集器(tristable piezoelectric vibration energy harvester,简称TPVEH)为研究对象,利用磁荷法、力平衡和基尔霍夫定律分别建立了采集器末端磁铁与外部磁铁之间的非线性磁力模型和系统集总参数动力学模型。仿真分析了磁铁间距、激励加速度幅值和频率等参数对采集器动力学特性和采集电压的影响。研制了三稳态压电振动能量采集器原理样机,搭建了实验测试平台,实验验证了仿真结果的正确性。研究结果表明,随着激励加速度幅值增大,能量采集器依次经历单稳态、双稳态和三稳态3种运动状态,且三稳态运动时的工作频带和输出性能(位移、速度和采集电压)比双稳态和单稳态时要高。     

多频响应的压电振动能量采集器的性能分析与测试

为了提升压电悬臂梁采集振动能量的能力,研究了一种具有多频振动响应的振动能量采集器。在压电悬臂梁与振动激励源之间增加一个附加梁,压电悬臂梁和附加梁的末端分别安装一个质量块,压电悬臂梁和附加梁垂直连接。附加梁的末端质量被设计为远大于压电梁的末端质量,而压电梁的一阶谐振频率在附加梁的前两阶谐振频率之间。采用该设计,压电悬臂梁的振动响应是多个谐振频带的叠加。通过建立机电解析模型,描述了所提出的振动能量采集器的振动响应和发电特性,同时制作了一个振动能量采集器样机进行试验,结果表明,与传统的悬臂梁振动能量采集器相比,所提出的振动能量采集器可以在更宽的频带范围内采集更多的振动能量。     

超声波振动珩磨振动系统试验研究

论述超声波振动珩磨振动系统的原理,通过振动试验分析振动系统中的变幅杆、弯曲振动圆盘、振动子系统的振动效果。     

山地车减振方法研究

根据随机振动理论与有关的车辆振动环境标准，建立了一类山地车全悬架行驶振动模型，为改善行驶舒适性，以山地车为研究对象，对其闰振系统参数进行了优化，并将优化前后的性能加以对比，证明了该模型的有效性，大大改善了骑行的舒适性。     

隔振技术的进展与动态

阐述了隔振技术的进展和各类隔振器的设计与应用。重点讨论了各种隔振元件及其组合形式，并对积层橡胶，空气弹簧，动力反共振及多自由度隔振器的近况作了介绍。最后指数今后隔振器的设计与改进，一定要与现代控制理论，模态实验，动力分析和优化技术紧密结合起来。     

热连轧机自激振动诊断与振动机理分析

描述了热连轧机的现场多点振动测试方法，利用振动信号的功率谱分析和小波包分析等现代信号分析技术，深入研究了轧机自激振动机理并诊断了振源位置。分析结果表明，研究对象的轧机压下系统位移传感器定尺支座结构是引起系统不稳定的敏感部位。该结构参数不合理，是导致压下系统反馈信号严重失真,诱发轧机工作机座自激振动的根源。分析结果和诊断结论对于制定合理的结构动力学修改策略，消除轧机自激振动具有重要的意义。     

基于主振模态预测的带锯振动主动抑制系统

针对带锯条振动引起的材料损失、锯条寿命降低、锯材尺寸精度及加工面质量变差的状况,设计了一种基于主振模态预测的带锯条振动主动抑制装置。该装置实时采集带锯条横向、纵向及扭转方向上的多维度振动信号,并采用基于EMD筛分方法的主振型模态识别算法,来构建振动信号关于主振型模态的预测模型,最后基于实时采得的数据及其预测模型的输出量,通过PID控制方法控制电液阻尼减振器。实验结果表明,该装置对带锯条横向、纵向及扭转方向上的抑振效果分别可达80%、66%、75%。     

水下拖缆涡激振动的实验研究

介绍了在湖中水下拖缆涡激振动测试装置和实验方法。数据分析表明：拖缆的涡激振动响应主要集中在 １００ Ｈｚ 以下低频范围;随着拖曳速度的增大拖缆上的加速度响应的频率范围也相应增大;拖缆的涡激振动响应的第一峰值频率与拖缆上端的旋涡发放频率有比较直接的联系;实验中未观察到频率锁定现象     

海边山坡场地爆破地震波的衰减测试与分析

根据经验公式估算爆破引起的质点振动,对于不同的场地系数K和衰减系数a取值存在较大的计算偏差.为克服这一问题,通过对一实际场地爆破工程的现场测试,取得了该场地不同距离处的质点振动速度和主振频率,在比较分析实测结果与计算结果的基础上,采用最小二乘原理对场地参数和衰减指数进行了回归统计,得到了场地的衰减指数及场地常数.通过工程实例说明,现场测试及回归统计方法是获取爆破地震波的衰减规律的有效手段.     

结晶器振动方式解析与连铸机非正弦振动技术

本文从结晶器振动参数和保护渣耗量对振痕深度及结晶器润滑影响等方面分析了高速浇铸条件下正弦振动方式和非正弦振动方式的开发和运用及其某钢厂3#连铸机非正弦振动技术。     

钻机底座的振动分析

针对ZJ15型钻机底座采用高速档钻进时振动强烈的情况,对该型钻机底座进行了模态测试、振动测试与分-析,指出钻杆、变速箱、万向轴、转盘输入轴等设备是其主要振源,并对钻机底座的设计制造提出了改进建议。分析结果在实际生产中得到应用,取得了较好的效果。     

浅论车削加工中的振动与控制

在机械加工中产生的振动都具有受迫振动和自激振动,与机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的动态特性有关。本文详细分析了车削加工中振动的主要类型及产生的原因、振动的危害,并从刀具、夹具、切削工艺等方面提出了减小或消除振动的措施。