带谐振腔的微型压电风能采集器

为了提高基于风致振动机理的微型风能采集器在低速风作用下的输出功率,提出一种带谐振腔的微型压电风能采集器结构,该采集器由谐振腔和振动梁构成,振动梁由压电梁和柔性梁组成。谐振腔可以改变振动梁附近的流场分布,扩大作用于振动梁的动风载荷,从而提高了采集器在低速风作用下的输出功率。实验分析了风速、压电梁长度和柔性梁长度对采集器输出性能的影响。当谐振腔尺寸为64 mm×22 mm×14 mm,振动梁长度和宽度分别为38 mm和6.4 mm时,微型风能采集器在17 m/s风载荷作用下的最大输出功率达到1.28 mW。     

基于颤振的压电式风能采集器研究进展

随着环境能量采集技术的发展,风能作为一种蕴藏丰富的清洁能量,对其的采集利用逐渐成为研究的能量采集领域的热点.基于颤振的压电式风能采集器是目前研究的重要方向之一,且在低功耗设备自供能方面具有极大的应用前景.介绍了不同结构的颤振式压电风能采集器的研究进展,包括常规薄板结构、翼型结构和旗帜结构的风能采集器,分析了各种采集器的...     

基于压电驻极体的倒置旗帜式风能采集器研究

在气流作用下,倒置旗帜式结构展现出优异的振荡特性,被广泛应用在风能采集器中,其结构简单、体积小、在微型化方面具有极大的优势.压电驻极体作为新型高性能压电材料,在能量采集领域有很大的应用前景.提出一种基于压电驻极体的倒置旗帜式风能采集器.对采集器的原理进行了分析;搭建了小型风洞实验系统,对倒置旗帜式风能采集器的性能进行了...     

采用半环形钝体的压电悬臂梁式风能采集器研究

针对当前风能采集器低风速下输出效率较低的问题,提出了一种采用半环形钝体结构的压电悬臂梁式风能采集器,其由矩形压电悬臂梁和安装在梁自由端的半环形钝体组成.与传统的圆形、长方形截面钝体相比,半环形截面钝体由于其特殊的凹面结构而具有更强的风流阻碍作用,导致半环形钝体附近流场更紊乱,压力场梯度更大,从而使钝体及压电悬臂梁发生更...     

基于非线性磁力的压电式旋转能量采集器

旋转机械能广泛存在于生产生活中,为了提高能量采集效率,解决现有旋转能量采集器结构复杂的问题,拟提出一种基于非线性磁力的压电式旋转能量采集器。首先推导了使用n组磁铁的能量采集器的非线性动力学方程。并基于MATLAB对其能量采集性能进行了数值仿真,最后通过实验对系统的输出特性进行验证。结果表明：随着外部激励幅值的增大,系统的响应幅值随之增大。当使用n组磁铁时,达到最大输出功率所需的转速与n成反比。在转速530 rpm时,开路输出电压达到43.6 V,输出功率达8 mW。使用单个磁铁对3.3μF电容充电,功率达到322.21μW,使用两个旋转磁铁时达到483.32μW。     

微型振动式能量采集器研究进展

振动能量采集器具有体积小、寿命长、高能量密度的特点成为当前广泛研究的重要微能源器件之一。重点介绍了基于电磁式、压电式、静电式、磁致伸缩式、复合式等采能原理的能量收集模块,系统综述了上述能量采集模块的优缺点、国内外现状及未来发展趋势;同时综述了微能源重要组成部分——电源管理和储能电路模块的研究现状,最后展望了振动式微能源器件的发展前景与趋势。     

基于八悬臂梁-中心质量块结构MEMS压电振动能量采集器

高能量密度输出、低频范围响应、环境适应性强的自供电振动能量采集器已成为微能源技术领域的一个重要发展方向。提出一种d31型工作模式下MEMS压电式振动能量采集器,设计八悬臂梁-中心质量块结构代替传统的单悬臂梁结构,利用溶胶-凝胶（Sol-Gel）技术在每个悬臂梁上异质集成制备锆钛酸铅（Pb（Zr0.53Ti0.47）O3,PZT）压电功能厚膜层,通过MEMS工艺和引线键合技术完成器件础结构制造。输出性能测试结果表明,器件一阶谐振频率为41 Hz,3 gn加速度激励下输出电压峰峰值为264.00 mV;在器件两端加载3.00 MΩ负载时输出功率最大,为0.72 nW。     

宽频带微型压电式振动发电机的设计

针对压电式振动发电机频带宽度过窄的问题,设计了多悬臂梁-单质量块结构的微型压电式振动发电机。建立了多悬臂梁-单质量块结构微型压电式振动发电机的仿真模型,分析了微型发电机的谐振频率与结构参数的关系、输出电压与结构频率的关系等性能参数。组装了多悬臂梁-单质量块结构发电机实验模型,实验结果表明,设计的多悬臂梁-单质量块结构微型发电机在振动频率为113Hz～155Hz的环境中可以有效地将振动能转换为电能,在频带范围内最小输出功率37.56μW,最大输出功率155.71μW,发电机的频带宽度扩展到42Hz。     

一种宽频的磁式压电振动能量采集器

基于环境能量采集的压电振动能量采集器为无线传感器和微机电系统的长期供能提供了一种有效解决方案.目前研制的压电式振动能量采集器存在工作频率高,且频带窄的问题.给出了一种通过磁力的引入使其在低频下工作的、宽频的压电振动能量采集器,并搭建了测试系统对器件进行分析测试.在压电悬臂梁上放置永磁铁取代传统的质量块,同时在悬臂梁的上...     

基于卡门涡街原理的谐振型风力压电俘能器研究

针对大田环境中无线传感器网络节点需要持续稳定电能的要求,发展一种基于卡门涡街原理的谐振型风力压电俘能技术。基于计算流体力学数值方法,分析在不同风速下进气道内流场的流体动力学行为,实现对进气道及绕流体的结构设计。采用亥姆赫兹谐振腔作为风压谐振放大及涡脱频率的调节装置,并使谐振腔底部压电复合薄圆板与谐振腔的频率一致,从而在气流的冲击振荡作用下产生共振并输出最大的电能。实验表明,谐振型压电俘能器在风速14m/s,外部负载电阻400千欧时最大可输出13.6mW的电能。     

一种基于压电俘能器供电的温度测量系统设计

物联网时代传感器节点往往分布广泛,且有时传感器节点放置位置不易触及,电池能量一旦用尽不易更换,该传感器节点就无法正常工作。为此,该文设计了一种基于压电振子振动能量供电的微功耗温度测量系统,该系统利用压电振动能量收集装置将环境中存在的低频振动能量转换为电能并收集存储,并为设计的微功耗温度测量系统供电从而实现温度信号采集和发送。提出了一种基于干簧管的能量采集电路,其采集效率是标准能量采集电路的32倍,最后通过试验验证了该系统的可行性与准确性。     

圆片级低真空封装的MEMS压电振动能量收集器结构设计

MEMS低真空封装技术能为MEMS器件的可动部分提供低阻尼环境,降低能量损耗,有效提高器件的能量转换效率,具有重要的研究意义和应用前景,是MEMS技术的研究热点和难点。为了进一步提高MEMS压电振动能量收集器的输出性能,提出了圆片级低真空封装的共质量块MEMS压电悬臂梁阵列振动能量收集器新结构,通过有限元分析方法对器件结构参数进行了优化设计,在优化结构参数下仿真器件输出性能：在610 Hz、2 gn加速度下,器件的输出电压为8.88 V,输出功率为1220μW,能满足实际应用需求;根据器件结构设计了加工工艺流程,对低真空封装结构的实现和封装工艺探索具有重要意义。     

风致驰振型电磁俘能器输出性能仿真分析

对一种横风向驰振的电磁俘能器输出性能进行了研究。建立了风致驰振型电磁俘能器输出电流与输入风速关系数学模型,应用谐波平衡法求得了方程近似解析解。通过与龙格-库塔法数值解比较验证了解析解的正确性,随后仿真分析了激励风速和无量纲负载电阻r对驰振频率和切入风速的影响关系,并研究了机电耦合系数、线圈电感和电阻对切入风速和平均功率的影响关系。结果表明,低r值时,受高切入风速制约,俘能器不易发生驰振。俘能器驰振后,最优r值不低于1,最优功率会随着机电耦合系数的增加而增大并逐渐趋于饱和。当r取值范围为[0.01,100]时,低风速条件下,增加线圈电感值可以降低系统在低r值处的切入风速,拓宽可驰振的r值范围,改善低r值处输出功率。高风速条件下,低于49.3 mH的线圈电感对输出功率几乎无影响,随后增加的线圈电感值能明显降低俘能器在低r值处的输出功率。增加线圈电阻值能提高俘能器在低r值处的输出功率,但过量增加线圈电阻会导致系统最优功率大幅下降。研究结果为风致驰振型电磁俘能器的设计提供理论参考。     

自供电的压电振动能与温差热电能融合采集电路设计

环境能量俘获中压电振动能和温差热电能的俘获电路设计已成为近几年研究的热点之一。但由于存在压电换能器和热电换能器输出的能量分别是交、直流形式而难以同时俘获,且热电换能器的开路电压通常要低于三极管的阈值电压而需要借助外部电源供电等问题,本文提出了一种自供电的混合式同步电荷提取HSP-SECE(Hybrid Self-Powered Synchronous Electric Charge Extraction)电路。所提出的HSP-SECE电路,通过压电电压峰值的检测,在其达到峰值时进行压电振动能和温差热电能的同步提取,实现两种能量的融合采集。仿真和实验测试表明,所提出的电路可以有效实现温差热电能和压电振动能的同步采集,与现有的电路相比,在俘获效率、自供电和负载相关性等方面,具有较为明显的优势和特色。     

采用复合磁电换能器的振动能量采集器研究

采用Teffenol-D/PZT/Terfenol-D复合磁电换能器,设计了一种新型振动能量采集器.采集器由悬臂梁、磁电换能器和永磁体三部分组成,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Tedenol-D产生应变,应变传递到PZT得到电输出.采用等效磁荷理论分析了影响换能器与永磁体相对运动的磁场力;并用林滋泰德-庞加莱法分析了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,加速度为0.5 gn时,输出电压峰峰值45.1 V,输出功率112.1μW.     

基于弹性支撑与放大的宽频压电振动能量采集器模型与实验研究

针对刚性支撑压电振动能量采集器工作频带窄、采集效率低等问题,提出了一种基于弹性支撑与放大的宽频压电振动能量采集器.利用有限元方法建立了宽频压电振动能量采集器的机电耦合模型,通过Ansys软件仿真分析了能量采集器结构参数对其频域输出特性的影响;根据力学和电学平衡方法建立了宽频压电振动能量采集器的集总参数机电耦合运动微分方程,利用4-5阶龙格库塔算法对方程进行了时域求解,仿真分析了能量采集器在不同结构参数下的振动位移、速度、输出电压和功率等性能.研制了弹性支撑和放大的宽频压电振动能量采集器原理样机,建立了样机系统实验平台,并对理论研究结果进行了实验验证,结果表明本文所提的宽频压电振动能量采集器具有工作频带宽、输出性能高等优点,适合为微电子器件进行供电.