【摘 要】
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压电俘能技术作为近年来发展起来的一项新型绿色能源收集技术，其具备绿色环保、结构简单、寿命长和低成本等优点，是收集自然界振动能量的有效方法之一。为了提高压电装置的发电
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压电俘能技术作为近年来发展起来的一项新型绿色能源收集技术，其具备绿色环保、结构简单、寿命长和低成本等优点，是收集自然界振动能量的有效方法之一。为了提高压电装置的发电效率，本文提出了一种应用于楼梯、路面的新型压电俘能装置，该装置通过来往行人的踩踏，将踩踏的部分机械能转化为电能，并将转化的电能通过设计的压电俘能电路存储至蓄电池中，为楼道应急灯和指示牌等用电设施提供电源。 以正压电效应理论为基础，对悬臂梁式压电俘能装置进行了数学模型的建立，利用MATLAB软件对所建模型进行了数值仿真，得出了压电悬臂梁的结构参数和材料参数对其输出电压和电能的影响规律。 基于悬臂梁式压电俘能装置数学模型的分析结果，结合实际的应用要求，对压电俘能装置进行了整体结构的设计。基于不同的蓄电池，分别设计了在不同蓄电条件下的压电存储电路，为该压电俘能装置应用的多元化提供可能。 基于有限元分析方法，对设计的压电俘能单元的核心部件（压电振子）进行了发电性能仿真。利用ANSYS软件分析了压电振子的结构参数、材料参数和激励参数对压电振子输出电压的影响规律，得出了压电振子各参数选择的方法及范围。 最后建立振动实验平台，对加工制作出的压电俘能单元和压电俘能装置样机进行发电性能实验，得出了不同激励位移和激励频率对压电俘能单元输出电压与电能的影响规律，同时还得出了压电俘能装置不同区域的发电效率和每次随机踩踏该系统的发电能范围。通过分析对比数学模型、有限元仿真和实验结果三者在相同条件下的输出电压，得出了实验所用压电振子输出的电压是等效电路中一个电阻两端的电压的结论，并通过实验验证了这一结论的真实性，同时也验证了所建数学模型的正确性和压电俘能装置结构的合理性，为压电俘能装置在现实生活中的应用奠定了基础。
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