悬臂梁式压电振子的发电特性及其收集电路研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangyl1988
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近年来,无线传感网络得到快速地发展。随着网络节点的增加,更换电池的成本过高,如何为网络中稠密节点供电已成为亟待解决的问题。压电式能量收集器利用压电材料的正压电效应,将环境中普遍存在的机械能转换为可回收的电能,适用于各种类型的遥感监测系统。论文就压电式能量收集技术中的关键问题进行详细地研究,具体研究内容如下:  为了有效地收集环境中的振动能,论文提出采用悬臂梁式压电振子结构。通过ANSYS软件对其进行特性分析,分析结构参数与固有频率的关系、激振频率与输出电压的关系等,并对压电振子结构进行了优化。进而设计研究悬臂梁式压电阵列结构,通过串联多个不同压电振子拓宽其频宽。并对压电阵列连接方式进行了研究,提高能量收集的能力。  针对悬臂梁式单压电振子标准能量收集电路输出功率过低的不足,对其非线性能量收集电路进行详细地分析,研究得出负载与输出功率的关系曲线,从而根据实际情况选择合适的能量收集电路。为了高效地得到合适数值的电压输出,论文研究了工作在DCM模式下的电压转换电路,及其控制电路。由于环境存在着动态不确定性,论文设计了一种降压补偿电路,以得到稳定的3.3V输出电压,可为各种无线传感器供能。在此基础上,研究了悬臂梁式压电阵列的能量收集电路。  自行制作压电振子、夹具等实验设备,搭建压电式能量收集实验测试系统。测取悬臂梁式压电振子的共振频率,讨论了频率、力等因素对压电振子开路电压的影响,在谐振频率处,输出电压达到最大。最后规划出一套简单的悬臂梁式压电能量收集器设计流程。  
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