必威体育精装版压电能量回收装置结构设计及其应用研究.pdf

摘要 摘要 随着无线传感网络、嵌入式系统等新技术的发展，为这些器件进行供能成 为一个难题，基于压电效应的能量采集技术可以将环境中的振动能转换为电能， 而且其寿命长，无须更换，可以为微传感器和微控制器供电，因而成为目前的 研究热点之一。 本文研究了压电能量采集器的结构和存储电路，设计制作了不同形式的压 电能量结构和能量存储电路，主要研究内容如一卜： (1)针对压电材料的西，和函3模式，建立了相应的矩形压电悬臂梁式能量采 集器的理论模型，得出能量采集装置输出电压的表达式，从而确定了压电悬臂 粱结构尺寸，材料特性对输出电压的影响，并建立了其有限元模型，将有限元 结果和理论计算结果相比较，来验证理论计算的正确性。 (2)针对矩形压电悬臂梁的缺点，对其进行优化，设计和加工了梯形压电悬 臂梁，首先对其串联和并联两种模式的输出结果进行测试和比较，然后对梯形 压电悬臂梁的西，和函3模式输出结果进行测试和比较。 (3)针对悬臂梁式压电能量采集器一般只能应用其一阶谐振频率的特点，本 文利用双质量块设计和制作了多频悬臂梁式压电能量采集器，降低了其二阶频 率，增加了其利用带宽。 (4)针对一般用于周期性载荷情况下的压力式压电能量采集器，其压电材料 只有一部分被用到这个缺点，本文将压电材料上的电极进行分块，充分利用其 压电材料，提高输出功率。 (5)分析了压电能量采集的标准电路，并用其对超级电容器进行充电，发现 了标准能量采集电路的缺点，本文将降压型开关转换电路引进来，并对其进行 分析和仿真。基于这种原理，利用Liner公司的能量采集芯片LTC3588对超级电 容器进行充电和测试。 (6)初步研究了目前用于收集噪声能量的单孔压电式亥姆赫兹共振器，并对 其改进和有限元仿真，最后加工出试验样品，并进行了简单的测试。 关键词：压电效应能量采集存储电路噪声 摘要 Abstract AbStract W1ththe ofwlrelesssensornetworksandembedded deVelopment systems， fbrthesedeVicesbecomea co¨ectionbasedonthe energysupplies problem．Energy ef诧ctcanconVertthe ofvibrationinthe piezoelectric energy environmentinto electrical is 1ifeand no formicro—sensorsand energy．It10ng requiresreplacement microcontroUers，soitbecomesoneofthecurrentresearchf．ocus． This studiesthestructureofthe andits p印er piezoelectric energyharVestingstorage circuits．We seVeral structuresand design piezoelectricenergyharVesting makethe main are contentsasfollows： energystoragecircuits；the