微型压电陶瓷振动发电技术研究综述

信息技术的飞速发展并没有带动电源技术的快速发展,电源的能量密度没有明显的提高。压电陶瓷振动发电机是一种持久、清洁、免维护的新型发电装置。压电陶瓷发电技术的研究已得到广泛重视,在无线传感器网络自供电方面具有较广阔的应用前景。分析了压电陶瓷发电的原理,阐述了压电陶瓷的发电方式、电能存储方式、电路匹配的方法及其典型应用,对今后的发展方向和热点问题进行了总结。

悬臂梁式压电振动发电机的建模及仿真

压电振动发电机是一种能量密度大、无污染、结构简单的新型供电装置。从悬臂梁式双压电片机械模型出发,运用压电学和材料力学的基本理论,建立起压电振动发电机的机电耦合模型。将数学模型用传递函数的形式表示,并利用Matlab/Simulink仿真工具直观地得到输入和输出随时间和负载变化的关系。分别分析了阻性负载和容性负载结构特性和输出特性,并与相关文献的实验结果进行对比。通过对仿真结果的分析和对比,验证了该模型建立的正确性,为优化设计提供了基础。

悬臂梁式压电振动换能器的稳健设计

悬臂梁式压电振动换能器是一种新型的供电装置,从田口稳健设计的经验方法出发,结合悬臂梁式压电振动换能器的理论模型,以换能器的4个结构参数为优化参数,设计了以输出平均功率和工作频带宽度为优化目标的稳健优化设计方案。以Matlab/Simulink仿真模型作为稳健设计中设计参数与设计目标的纽带,并通过M文件编程,实现稳健设计的自动化。采用内外正交表交叉计算,优化目标的信噪比,通过对优化目标信噪比的方差分析,得到一组最优设计参数。将该组数据对应的换能器与单目标最大的典型参数对应的换能器性能进行对比,表明该组参数下,换能器有较好的工作特性。

用于传感器节点供电的压电振动发电机研究

悬臂梁式压电振动发电机是一种新型的供电装置,可广泛应用于无线传感器网络节点进行供电。首先建立以悬臂梁为结构方式的压电振动换能器的模型;然后从遗传算法和田口稳健设计的理论方法出发,以输出平均功率为优化目标的对换能器进行稳健优化设计;接着以钽电容和稳压二极管为核心设计了换能器的能量收集电路,最后用优化后的参数制成样机进行测试。测试结果证明,该发电机完全能满足功耗为50μW的传感器节点的使用要求,验证了该研究方案的可行性。