压电材料电荷能量回收技术研究

对压电材料电荷能量回收性能进行研究。通过在压电驱动器收缩时间回收其在伸展时储存于其电场和应变场中的能量，来提高对驱动压电驱动器动作的激励电源使用效率。借助瞬时电容器（flying capacitor）所构成的一套封闭系统来实现电荷能量回收与利用，通过瞬时电容器与另一电容器串并联连接方式的不断切换，来有效收集封闭系统中压电驱动器上电荷，提高对电源利用率；同时，通过对电容串并联切换时间控制，实现压电驱动器所要求的振动频率。文章最后给出了实验结果。     

基于压电材料的振动能量回收技术现状综述

随着微机电系统(MEMS)技术的迅猛发展,基于压电振动的能量回收技术可以为MEMS提供电能,受到国内外众多学者的关注。该文介绍了压电式振动能量回收装置的工作机理;分别从能量回收装置的结构和材料、能量转化的接口电路、能量的存储技术、能量回收的应用实例等方面系统的介绍国内外的主要研究成果和研究进展;并对压电振动能量回收技术的发展方向进行了预测。     

压电换能器设计与能量获取特性研究

压电材料具有机电能量转换的特性,因此可将振动能转换成电能,以达到能源回收再利用的目的。本论文针对单层压电悬臂梁在其自由端放置质量块的情况下进行低频振动的能量获取进行特性研究。依据低频环境振动的特点,建立了以末端固定质量块的压电悬臂梁结构作为换能元件的振动能量采集装置的模型,在对压电材料的特性、电流等效电路分析的基础上,讨论了压电悬臂梁能量获取特性随几何因子的变化规律。     

基于压电振子的振动能量捕获行为研究

压电振子是实现振动能量捕获的重要基础,它的结构参数对其发电量和固有频率产生直接影响,需要进行优化设计.该文针对悬臂梁压电振子结构,采用ANSYS有限元建模方法,进行了静力学及模态仿真分析.研究了压电振子的各参数和质量块对其发电量、固有频率的影响规律,设计并搭建了实验台进行实验研究.实验结果验证了仿真分析的正确性,为压电振子的优化设计提供了依据.     

基于压电材料的振动能量收集器的谐振频率调节

振动能量收集器的最大输出电压发生在共振状态,因此其谐振频率应与环境振动频率一致.针对振动能量收集器与环境频率不匹配的问题,采用单自由度模型分析了悬臂梁-质量块结构的振动能量收集器谐振频率等性能,加工并测试了压电式的微型振动能量收集器样机,结果谐振频率的误差最大为6％.通过质量调节方法进一步将样机的谐振频率调节了10.5 Hz的宽度.针对50 Hz的振动环境,将谐振频率为58.7 Hz的样机调节到了50.4 Hz,输出电压提高了4倍.     

压电电磁复合式振动能量采集器模型的研究

针对目前单一化的压电式或电磁式机械振动能量采集装置最大输出功率较低的问题,设计了一种新型的压电电磁复合式能量采集器。通过对复合式能量采集器建立数学模型,推导出了电压、电流及输出功率的表达式。然后对复合式能量采集器的输出功率特性进行数值仿真,并设置压电片内阻值及其他参数条件,对比分析复合式能量采集器模型与单一的压电式或电磁式能量采集器模型,理论上输出功率提高了38.2%和4.74%。最后通过对采用悬臂梁结构的振动能量采集器的具体实验数据进行分析,论证了压电电磁复合式能量采集器输出功率的高效性。     

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。     

基于风致振动的剪切模式压电能量收集结构的数值模拟

为了解决微电子设备稳定持续供能的问题,提出了一种基于风致振动的剪切模式压电能量收集结构,并对其进行了流固耦合与压电耦合数值模拟.研究风速和中心距等参数对压电能量收集结构性能的影响,结果表明,剪切模式压电能量收集结构的振幅响应及其产生的电压均随风速的增大而增大.在仿真参数范围内,结构的振幅响应和输出电压时程曲线均具有稳定...     

基于压电材料的双频段混合能量收集天线

针对环境混合能量收集(天线)的小型化设计目标,设计一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电材料的双频段共面波导(CPW)天线.天线的主要辐射单元为矩形铜皮贴纸,两侧对称的L型铜皮贴纸形成共面波导馈电结构,并作为微扰单元改变天线的表面电流分布,实现双频的设计要求.天线设计并制造在PVDF压电薄膜上,由于压电材料本身所具备的压电...     

一种压电振动能量回收电路

为了提高压电式振动能量回收系统的能量回收能力和解决在负载变化使能量回收效率变差的问题,以悬臂梁式压电振动发电系统为例,提出了一种高效的压电振动能量收集电路设计方案,即并联型双同步开关电感接口电路,可将压电梁转换振动能量得到的电能高效地储存到电容中。实验结果表明,压电梁在频率为38.4Hz、加速度有效值为0.035m/s2振动激励下工作时,给出的并联双同步开关能量回收(P-DSSH)接口电路可释放的瞬时功率达0.25mW,是全桥整流接口电路(SEH)最优功率的5.8倍,是并联同步开关电感(P-SSHI)接口电路可释放的瞬时功率的2.2倍,是LTC3588-1电路可释放的瞬时功率的1.27倍,且其工作不受负载变化的影响。     

一种高效压电式能量回收接口电路的优化设计

阐述了几种压电发电机接口电路的工作过程和原理,包括标准能量回收电路,同步电荷提取电路,并联同步开关电感电路,串联同步开关电感电路和双同步开关电感电路,并从阻抗匹配角度分析了以上五种电路输出最大功率时的最佳负载阻抗范围。为了最大化地回收自然界中的振动能量,以双同步开关电感电路为例,针对其控制过程复杂且要求精确的特点,提出了一种具体的硬件电路实施策略并进行了Pspice仿真。仿真结果与理论值吻合。     

压电材料在飞行翼形控制方面的一些应用

阐述了压电材料在飞行机翼增升减阻方面应用的原理,分别综述了大位移压电驱动器和压电纤维复合材料的制备工艺、性能和研究进展,并指出其今后的主要研究方向为增大压电驱动器位移以产生复杂变形面,同时通过计算机模拟的方法来优化压电纤维复合材料的设计与制备。     

压电发电能量储存方法的初步研究

分析了压电陶瓷正压电效应的特点,探讨了将压电陶瓷通过正压电效应产生的电能,利用镍氢电池储存的可行性,进行了初步实验研究。研究发现,通过一个低频脉冲信号激振单晶片压电振子,使压电振子弯曲变形,压电振子发出的电量能使一个15 mAh的电池在2 h内充满电,80 mAh的电池在7 h内充满电。这种利用可充电电池为储存媒介的储能方法,适用于数据处理等微电子设备,对无源条件下微型电子设备自身供能的研究开辟了新的途径。     

ESEI能量回收接口电路的设计与仿真

具有较大回收功率且回收功率不随负载变化是设计基于压电效应的能量回收接口电路需要考虑的主要因素,标准接口、SECE、串联SSHI、并联SSHI是常用的四种接口电路,其中SECE接口电路的回收功率与负载无关,基于此提出了一种新的压电能量回收接口电路——ESEI(Enhanced Synchronous Charge Extraction and Inversion Interface)接口电路,分析计算了该接口电路在恒定激振位移下的回收功率,并利用电子仿真软件Multisim对ESEI和四种接口电路的回收功率进行了仿真和比较。结果表明当负载大于临界值时,ESEI接口电路的回收功率达到最大值且与负载没有关系,该最大回收功率值约为SECE接口电路的4倍,仅小于并联SSHI接口电路。     

基于AlN压电薄膜的振动能量收集器阵列的制备

The fabrication and measurement results of the vibration energy harvester arrays based on the piezoelectric aluminum nitride(AlN)film are presented.The structure design and fabrication process of the device are introduced.The key material,the AlN film with crystal orientation(002),was deposited by pulsed-DC magnetron sputtering and characterized by X-ray diffraction(XRD).The resonant frequency,power out,and the open circuit voltage of the device are detected.The optimized load of 80 k and a remarkable maximum power out of 30.4 W are obtained when the acceleration of 0.9g(g is standard gravity acceleration)is applied.     

0-3型压电复合材料的电晕放电极化

金属单针电晕放电极化０—３型压电复合材料的工艺条件是：电晕放电电压Ｖ＝８．５ｋＶ，极化温度Ｔ＝１３０℃，极化时间ｔ≥４０ｍｉｎ。利用旋转电晕放电对大面积０—３型压电复合材料进行极化。结果表明：这种极化方法可达到普通油浴高压直接极化的效果，而且可以对大面积压电复合材料进行极化。对于７０μｍ厚的大面积０—３型压电复合材料，极化后，其压电系数ｄ３３值达到３５ｐＣ／Ｎ。     

压电换能器无线能量传输技术研究

阐述了一种利用压电换能器进行无线能量传输的方法,既保证了密闭容器内外能量的传输,又可以避免对容器做物理穿透.搭建了三明治结构的能量传输实验系统,并对不同直径的压电换能器片对应的接收声压进行比较.为了减少界面反射,避免回波及多径传播损耗,系统中进一步加入了发送端和接收端阻抗匹配网络,并根据实际测试结果确定了最佳匹配参数.能量传输效率、能量传输增益的对比实验表明,压电陶瓷片传能结构可达到47％的能量传输效率,输出功率可达到15 W以上.     

Fabrication and performance of MEMS-based piezoelectric power generator for vibration energy harvesting

A MEMS-based energy harvesting device, micro piezoelectric power generator, is designed to convert ambient vibration energy to electrical power via piezoelectric effect. In this work, the generator structure of composite cantilever with nickel metal mass is devised. Micro-electronic-mechanical systems (MEMS) related techniques such as sol-gel, RIE dry etching, wet chemical etching, UV-LIGA are developed to fabricate the device and then its performance is measured on vibration testing setup. The investigation shows that the designed device is expected to resonantly operate in low-frequency environmental vibration through tailoring the structure dimension. Under the resonant operation with frequency of about 608 Hz, a first prototype of the generator result in about 0.89 V AC peak-peak voltage output to overcome germanium diode rectifier toward energy storage, and its power output is in microwatt level of 2.16 μW.     

基于子空间辨识的压电悬臂梁振动控制研究

针对柔性结构的振动普遍存在复杂性、非线性和建模难的特点,跳过了复杂的机械-电压建模,基于子空间系统辨识方法的基本算法和特点,设计出抑制悬臂梁振动的一种最优控制器,并在算法实现、算法性能方面进行了仿真和实时控制实验。实验结果表明,算法在提高系统辨识精度,降低计算量等方面都有显著提高,控制效果比较理想。