【摘 要】
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无线传感器网络和微机电系统等小型化智能传感终端在人们的生活和生产中发挥着越来越重要的作用。传统的小型传感终端由于电池工作寿命的限制,严重制约了它的工作周期。流致振动俘能装置是一种将环境中的流动能转化为电能的环境俘能器,具有结构简单、起振风速低和绿色环保等优点。采用流致振动俘能装置替换电池为小型传感终端供电,可以实现传感器终端的自供电设计,但由于装置的体积限制,流致振动俘能装置也存在输出功率低等缺点
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无线传感器网络和微机电系统等小型化智能传感终端在人们的生活和生产中发挥着越来越重要的作用。传统的小型传感终端由于电池工作寿命的限制,严重制约了它的工作周期。流致振动俘能装置是一种将环境中的流动能转化为电能的环境俘能器,具有结构简单、起振风速低和绿色环保等优点。采用流致振动俘能装置替换电池为小型传感终端供电,可以实现传感器终端的自供电设计,但由于装置的体积限制,流致振动俘能装置也存在输出功率低等缺点。基于以上研究背景,本文提出引入非线性磁场结构来提高流致振动俘能装置的俘能效率。首先,通过拉格朗日方程和霍尔基夫电路定理建立俘能装置的机电耦合模型。然后,通过风洞实验以及文献数据对模型进行验证。最后,在已验证模型的基础上进行参数化分析。本文的研究内容和结论如下:（1）在线性驰振压电俘能装置的基础上增加三稳态结构,可以构成三稳态驰振压电俘能装置。研究表明:三稳态驰振压电俘能装置存在三个势能井,当钝体的振动由井内振荡转化为井间振荡时,其振动频率和振幅都会发生很大改变。相比线性驰振俘能装置,三稳态驰振压电俘能装置的起振风速降低了33%,跨井后的输出电压提高了88.6%。（2）在双柱驰振压电俘能装置的基础上添加互斥磁铁,可以构成磁诱导双柱驰振压电俘能装置。研究结果表明:在非线性磁场力的影响下,磁诱导双柱驰振压电俘能装置的1st梁和2nd梁起振风速保持一致,其输出和起振风速都优于线性驰振压电俘能装置。同时,通过减小梁的刚度比f,选择合适的有效质量比μ和增加钝体宽度h*,可改善俘能装置的性能。（3）通过改变负载电路接口及机电耦合强度可以改善非线性驰振压电装置的输出。研究结果表明:DC电路接口在较高负载下的输出功率高于AC电路接口,但其在最佳负载电阻下的输出功率低于AC电路接口。SCE电路接口的输出电压较为稳定,其整体表现优于AC电路接口和DC电路接口,但带有SCE电路接口的双稳态俘能装置存在较大过渡区间。此外,调节俘能装置的机电耦合强度可以提高俘能装置的输出。
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