压电单晶悬臂梁的输出电压测试分析

通过有限元分析软件ANSYS对压电单晶悬臂梁进行仿真分析,再经实验,研究了基板材质、粘结胶、激振力加速度和激振频率对输出电压的影响。结果表明,弹性模量较大的基板能提高输出电压,采用不导电胶比导电胶的输出电压大;压电悬臂梁对激振频率有很好的选择性,当频率为33 Hz时,输出电压为25.3 V;这有助于优化器件结构,设计出理想的压电能量收集器件。

单晶压电悬臂梁等效黏性阻尼建模与实验

为了完善压电悬臂梁非耦合集总参数模型,进而优化设计压电振子,本文根据机械振动理论以及阻尼理论,建立了单晶压电振子等效阻尼系数的理论模型.理论分析并实验验证了基板材料性能,结构尺寸以及截面形状等不同因素对等效机械阻尼及电阻尼的影响规律.最后,制备了3组不同形状尺寸的压电振子样品,并进行了冲击振动试验来验证理论分析结果.研究表明,压电材料层对整体阻尼的影响主要取决于基板与压电材料的弹性模量比;压电材料每个振动周期的电能损耗与悬臂梁长度的三次方成正比,与宽度成反比;而决定振幅放大因子的阻尼比并非随结构尺寸单调变化.实验结果与理论模型的误差为2.5％～14.7％,证明了理论模型的可靠性.分析表明,在可承受极限载荷相同的情况下,静态特性最优的变曲面悬臂梁动态特性并非最佳,得到的结果对于压电振子的优化设计具有现实意义.

弓字形单晶梯形压电悬臂梁压电性能分析

为了解决电池在低功耗电子产品供能时出现的问题,文中提出一种新型的压电悬臂梁—弓字形单晶梯形压电悬臂梁结构。利用数值分析比较单个矩形和梯形悬臂梁的发电能力;之后对这种结构进行了理论分析,得出了谐振角频率与悬臂梁长度的2/3次方成反比,即谐振频率随梁长度的增大而减小;最后利用有限元方法分析了弓字形单晶梯形压电悬臂梁结构的发电能力,长度对频率的影响,验证了理论分析结果。这种结构既能够有效地降低谐振频率达到低频、宽频带,同时实现微型化,能给无线传感器等低耗能产品供能。

等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片的发电性能研究

为了提高悬臂梁压电陶瓷单晶片的发电性能,根据等强度梁理论,对悬臂梁压电陶瓷单晶片结构进行优化设计,得到等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片。通过ANSYS仿真和实验研究,对比分析等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片和非等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片发电性能,结果表明:等应力悬臂梁压电陶瓷单晶片的发电性能更好,在相同的激励条件下,其单位面积输出的电压更高。