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随着社会快速向智能化和无线化发展,无线传感器网络、可植入式医疗设备以及低功耗射频发生器等得到了越来越多的应用,其能量供应问题随之而来,并越来越成为制约其发展的主要瓶颈之一。利用传统化学电池的供能方案已经难以满足日益苛刻的应用需求了,人们急需一种使用寿命长,工作期间免维护,绿色环保无污染的新型电源以取代传统化学电池。周围环境中存在着多种形式的能量,采集环境中的能量并将其转化为电能为电子元器件供电得到了越来越多的关注和研究。得益于振动在自然环境中存在的广泛性,振动式能量采集器成为了微能源研究领域的焦点和热点。 首先,文章研究分析了微型抗磁悬浮式振动能量采集器的结构参数与悬浮磁体悬浮特性的关系。运用有限元仿真软件COMSOLTM计算了采集器中高定向热解石墨板、提升磁体和悬浮磁体的参数对悬浮磁体的活动空间的影响。系统地研究了采集器中主要部件悬浮磁体在不同结构尺寸下能量采集器的结构特点及输出特性,为特定尺寸采集器的优化设计提供了依据。 其次,文章运用数值软件MATLABTM研究了采集器的运动特性。通过MATLABTM编程研究了该采集器在周期激励以及非周期激励下的运动特性,发现了运动演化的多样性和复杂性。在运动演化过程中,存在倍周期,周期,混沌,拟周期等着多种运动形式。此外,又对气混沌演化机理进行了详细的分析,发现了混沌演化存在着多种途径,例如倍周期分岔途径,拟周期换面破裂途径,阵发性激变途径等。同时也发现了混沌演化途径被破坏的现象,例如Naimark-sacker流形的发生导致混沌演化变异等。 再次,研究了影响采集器输出电压大小的主要因素,并提出了一种计算电压的方法。再此基础上对比分析了半解析算法和仿真算法之间的差异,在最大功率负载下,运用电压的半解析算法研究了采集器在周期激励以及非周期激励下的电压输出特性。并对比分析了该能量采集器在水平工作状态和垂直工作状态的输出特性,发现了水平工作更有利于采集能量。 最后,搭建了实验测试系统对采集器进行了实验测试。通过对实验模型施加外界激励,然后采集其输出电压,并与仿真进行对比分析,探究了该能量采集器的实际应用方案。