基于壓電靜電復(fù)合式低頻振動能量收集技術(shù)的研究.pdf

1、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展要求更持久的供能，傳統(tǒng)的電池體積大，壽命短，逐漸無法滿足技術(shù)進步的需要。能量收集技術(shù)可以將環(huán)境中的振動能源收集轉(zhuǎn)換為電能，其壽命長，無須更換，實現(xiàn)電子器件的自供能，是一種較為有前景的替代傳統(tǒng)電池的技術(shù)。
　　根據(jù)線性質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)理論，本文深入分析了兩種主要的振動能量收集方式:壓電式能量收集及靜電式能量收集，分別建立了其數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種兼具有壓電式和靜電式收集原理的復(fù)合式振動能量收集器。同時

2、，成功設(shè)計了三種非線性復(fù)合式能量收集器結(jié)構(gòu)和雙電容結(jié)構(gòu)。
　　本文討論了決定振動能量收集器性能的若干關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時分析了結(jié)構(gòu)的機械品質(zhì)因素。對器件的振動部分結(jié)構(gòu)進行了參數(shù)化的設(shè)計及有限元分析，獲得了器件結(jié)構(gòu)參數(shù)（tsii和Lm）與器件最大振幅Am、一階固有頻率f的關(guān)系。
　　結(jié)合本文提出的數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB/SIMULINK對三種基于大尺寸和MEMS(Micro-Electro-Mechanical System

3、)尺寸的能量收集器的性能進行了仿真預(yù)測。從仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在三種能量收集器中，壓電式能量收集器適用于低頻環(huán)境下的能量收集，靜電式能量收集器在低頻環(huán)境下也有較高的輸出功率，而本文所提出的復(fù)合式能量收集器，在低頻環(huán)境下其性能優(yōu)于同樣結(jié)構(gòu)的壓電式能量收集器和靜電式的能量收集器，因此有一定的可行性。
　　針對所設(shè)計的復(fù)合式能量收集器，本文制造了大尺寸原理樣機用于測試非線性結(jié)構(gòu)，實驗得到了非線性的能量輸出以及結(jié)果討論，并給出了理論分析。同