d15模式串-并聯(lián)結(jié)構(gòu)PZT壓電雙晶片懸臂梁裝置的俘能特性.pdf

1、近年來，能夠從環(huán)境振動(dòng)源中提取能量的俘能裝置和結(jié)構(gòu)，因具有應(yīng)用于微型無線傳感器和便攜電子設(shè)備的潛能而成為一個(gè)熱門話題。壓電懸臂梁俘能裝置因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不發(fā)熱、無電磁干擾、無污染、易于加工制作和實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的微小化、集成化等諸多優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。一般而言，用于壓電懸臂梁俘能裝置的壓電材料對(duì)應(yīng)的壓電系數(shù)越高，其輸出電壓和功率越大。因此，壓電系數(shù)作為壓電俘能裝置的重要指標(biāo)之一，受到了研究者廣泛的研究和關(guān)注。而一些典型壓電材料的壓電系數(shù)滿足d15>

2、d33>d31這一關(guān)系，為此，本文以雙晶片懸臂梁為研究對(duì)象，利用壓電俘能器中高的壓電系數(shù)能夠提供更大的輸出電壓和功率為出發(fā)點(diǎn)，做了以下工作：
　　(1)利用壓電陶瓷材料具有較大的剪切壓電系數(shù)d15的特點(diǎn)，建立了基于鐵木辛柯梁理論的串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)d15模式壓電雙晶片懸臂梁理論模型。利用有限元分析了影響d15模式壓電雙晶片懸臂梁裝置俘能性能的因素，模擬了在不同負(fù)載電阻下的輸出電壓和功率的頻率響應(yīng)、分析了輸出電壓峰值和輸出功率在共振頻率

3、下隨負(fù)載電阻的變化。討論了在一定電阻下懸臂梁末端質(zhì)量對(duì)串聯(lián)結(jié)構(gòu)懸臂梁模型俘能性能的影響。理論計(jì)算結(jié)果與有限元模擬結(jié)果符合得較好，表明所建立的模型能夠有效評(píng)估壓電雙晶片懸臂梁的俘能性能。這些分析和討論為利用剪切模式的壓電雙晶片懸臂梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　(2)設(shè)計(jì)并制作了并聯(lián)結(jié)構(gòu)d15模式PZT-51懸臂梁裝置，測(cè)量了其在不同負(fù)載電阻下輸出峰-峰值電壓和輸出功率隨頻率變化的關(guān)系曲線，以及不同負(fù)載電阻下共振瞬時(shí)輸出電壓