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Low-frequency and broadband vibration energy harvester driven by mechanical impact based on layer-separated piezoelectric beam 被引量:5
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作者 Dongxing CAO Wei XIA Wenhua HU 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2019年第12期1777-1790,共14页
Vibration energy harvesting is to transform the ambient mechanical energy to electricity. How to reduce the resonance frequency and improve the conversion efficiency is very important. In this paper, a layer-separated... Vibration energy harvesting is to transform the ambient mechanical energy to electricity. How to reduce the resonance frequency and improve the conversion efficiency is very important. In this paper, a layer-separated piezoelectric cantilever beam is proposed for the vibration energy harvester(VEH) for low-frequency and wide-bandwidth operation, which can transform the mechanical impact energy to electric energy. First,the electromechanical coupling equation is obtained by the Euler-Bernoulli beam theory.Based on the average method, the approximate analytical solution is derived and the voltage response is obtained. Furthermore, the physical prototype is fabricated, and the vibration experiment is conducted to validate the theoretical principle. The experimental results show that the maximum power of 0.445 μW of the layer-separated VEH is about3.11 times higher than that of the non-impact harvester when the excitation acceleration is 0.2 g. The operating frequency bandwidth can be widened by increasing the stiffness of the fundamental layer and decreasing the gap distance of the system. But the increasing of operating frequency bandwidth comes at the cost of reducing peak voltage. The theoretical simulation and the experimental results demonstrate good agreement which indicates that the proposed impact-driving VEH device has advantages for low-frequency and wide-bandwidth. The high performance provides great prospect to scavenge the vibration energy in environment. 展开更多
关键词 vibration energy harvester(VEH) layer-separated piezoelectric b eam low frequency broad-bandwidth
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ANALYSIS OF PIEZOELECTRIC ENERGY HARVESTING DEVICE WITH ADJUSTABLE RESONANCE FREQUENCY
2
作者 Jiang Lei Li Yuejuan Marvin Cheng 《Journal of Electronics(China)》 2012年第3期310-318,共9页
This paper presents an analytic method that adjusts resonance frequency of a piezoelectric vibration energy harvester. A mathematical model that estimates resonance frequency of cantilever is also proposed. Through mo... This paper presents an analytic method that adjusts resonance frequency of a piezoelectric vibration energy harvester. A mathematical model that estimates resonance frequency of cantilever is also proposed. Through moving an attached mass and changing its weight on the cantilever beam, resonance frequency of adopted piezoelectric device can be adjusted to match the frequency of ambient vibration sources, which is critical in order to harvest maximum amount of energy. The theoretical results are validated by experiments that move different masses along experimental cantilever beams. The results demonstrate that resonance frequency can be adjusted by an attached mass located at different positions on the cantilever beam. Different combinations of operational conditions that harvest maximum amount of energy are also discussed in this paper. 展开更多
关键词 piezoelectric energy harvesting resonance frequency
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Power Analysis for Piezoelectric Energy Harvester
3
作者 Wahied G. Ali Sutrisno W. Ibrahim 《Energy and Power Engineering》 2012年第6期496-505,共10页
Piezoelectric energy harvesting technology is used to design battery less microelectronic devices such as wireless sensor nodes. This paper investigates the necessary conditions to enhance the extracted AC electrical ... Piezoelectric energy harvesting technology is used to design battery less microelectronic devices such as wireless sensor nodes. This paper investigates the necessary conditions to enhance the extracted AC electrical power from exciting vibrations energy using piezoelectric materials. The effect of tip masses and their mounting positions are investigated to enhance the system performance. The optimal resistive load is estimated to maximize the power output. Different capacitive loads are tested to store the output energy. The experimental results validated the theoretical analysis and highlighted remarks in the paper. 展开更多
关键词 vibration energy harvestING piezoelectric Materials Power Analysis resonant frequency
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Disk Bimorph-Type Piezoelectric Energy Harvester
4
作者 V. Tsaplev R. Konovalov K. Abbakumov 《Journal of Power and Energy Engineering》 2015年第4期63-68,共6页
The study of the experimental investigation of a disk-type piezoelectric energy harvester presented. The harvester contains disk bimorph piezoceramic element of the umbrella form and contains two disk PZT plates. The ... The study of the experimental investigation of a disk-type piezoelectric energy harvester presented. The harvester contains disk bimorph piezoceramic element of the umbrella form and contains two disk PZT plates. The element is excited at the base point at its center. The element is supplied by a loading ring mass to decrease its resonance frequency. The dependences of the vibration displacement along the radii of the bimorph and the ring mass from the frequency of excitation are presented and the output voltage frequency response is also presented as well. The idle mode and the load duty are investigated. The value of the internal resistance of the harvester is obtained using the load characteristic. The piezoelectric specific power is estimated experimentally. 展开更多
关键词 piezoelectric energy harvester UMBRELLA BIMORPH Plate Amplitude-frequency Characteristic FLEXURAL vibration Specific Power Output Voltage
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基于周期性穿孔悬臂梁的压电俘能器数值仿真研究
5
作者 崔新风 徐思朋 +1 位作者 黄孝清 牟恺宁 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2025年第1期158-165,共8页
针对海洋监测等小型传感器无法长期稳定供电问题,压电俘能器提供了一种新的解决方案。本文提出了一种基于周期性穿孔梁的压电俘能器,它可以有效地将清洁能源(如波浪能)中的振动能转化为电能。本文首先建立了压电能量俘获结构的机电频响... 针对海洋监测等小型传感器无法长期稳定供电问题,压电俘能器提供了一种新的解决方案。本文提出了一种基于周期性穿孔梁的压电俘能器,它可以有效地将清洁能源(如波浪能)中的振动能转化为电能。本文首先建立了压电能量俘获结构的机电频响函数模型;然后在理论分析基础上,对与穿孔基底层相关的参数进行了敏感度分析;最后采用有限元方法进行了数值仿真研究。研究结果表明,基底层的厚度和填充率同峰值电压的相关度最为显著,而穿孔数与峰值电压的相关度最不显著。基底层厚度减小、填充率减小和穿孔数增多都有助于降低谐振频率,并提高峰值电压输出。仿真结果表明,与传统无孔结构相比,穿孔结构的谐振频率最大降低了22.63%,而峰值电压最大提高了61.54%。 展开更多
关键词 海洋传感器自供电 压电俘能器 周期性穿孔悬臂梁 参数敏感度 谐振频率 峰值电压
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基于压电能量收集技术的自供电系统设计 被引量:2
6
作者 马超群 王德波 《微纳电子技术》 CAS 2024年第2期103-110,共8页
为了降低对传统电池的依赖,同时收集和利用汽车发动机的振动能量,设计了一种二自由度压电能量收集器和基于压电能量收集技术的自供电系统。系统主要由压电能量收集器、电源管理模块和加速度传感器组成。对压电能量收集器进行了建模、仿... 为了降低对传统电池的依赖,同时收集和利用汽车发动机的振动能量,设计了一种二自由度压电能量收集器和基于压电能量收集技术的自供电系统。系统主要由压电能量收集器、电源管理模块和加速度传感器组成。对压电能量收集器进行了建模、仿真和测试,得到了压电能量收集器的谐振频率和输出电压,测试结果表明该压电能量收集器前两阶谐振频率分别为105.5和124.6 Hz,并且在95~128 Hz频率范围内输出电压均在2.7 V以上,频率带宽为33 Hz。测试系统的整体功能,测试结果表明电源管理模块LTC3588-1输出3.34 V的直流电压,加速度传感器ADXL335能够正常工作。实验验证了压电能量收集技术在汽车电子领域中的潜力和可行性,为汽车电子设备提供可持续的自供电解决方案。 展开更多
关键词 压电能量收集 加速度传感器 二自由度 谐振频率 自供电系统
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一种高功率密度的直角螺旋压电能量收集器
7
作者 刘宇轩 马超群 +1 位作者 周佳成 王德波 《微纳电子技术》 CAS 2024年第3期93-100,共8页
为了实现振动环境下的高效能量收集,研制了一种高功率密度的直角螺旋悬臂梁压电能量收集器。分析了不同悬臂梁弧度的压电能量收集器的应力分布,研究了不同悬臂梁弧度的压电能量收集器的谐振频率、开路电压和输出功率。研究结果表明,随... 为了实现振动环境下的高效能量收集,研制了一种高功率密度的直角螺旋悬臂梁压电能量收集器。分析了不同悬臂梁弧度的压电能量收集器的应力分布,研究了不同悬臂梁弧度的压电能量收集器的谐振频率、开路电压和输出功率。研究结果表明,随着悬臂梁弧度的增大,能量收集器谐振频率逐渐减小,但是内部阻抗逐渐增大,其中悬臂梁弧度为2πrad的直角螺旋能量收集器的输出性能最好。通过实验测试发现,在0.1g的加速度激励下,悬臂梁弧度为2πrad的直角螺旋能量收集器的谐振频率为265 Hz、开路电压为1.8 V,当负载为140 kΩ时,实现最大输出功率为5.79μW。与其他不同结构的压电能量收集器相比,该直角螺旋结构收集器在满足供电需求前提下,还具有较高的功率密度,在便携式微电子器件供电和工业设备故障检测方面有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 压电能量收集器 直角螺旋 悬臂梁 谐振频率 便携式设备
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高性能多方向双圆弧形压电能量收集系统
8
作者 曹益恺 王德波 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期26-34,共9页
为了解决传统压电能量收集系统通频带窄、功率密度低的问题,本文采用线性多模态共振法,提出一种双圆弧悬臂梁内外反向拼接的压电能量收集系统。两根梁上各覆盖一个压电层,压电层之间串联连接。建立二自由度系统集总参数模型和机电耦合... 为了解决传统压电能量收集系统通频带窄、功率密度低的问题,本文采用线性多模态共振法,提出一种双圆弧悬臂梁内外反向拼接的压电能量收集系统。两根梁上各覆盖一个压电层,压电层之间串联连接。建立二自由度系统集总参数模型和机电耦合模型来分析频率响应和输出性能。对比压电层弧度不同的压电能量收集系统的输出性能,根据测试结果,当弧度为0.5π时输出性能最佳。设置激励加速度为0.1 g,一阶模态下,谐振频率为82.19 Hz,开路电压为49.65 V,最大输出功率为3.74 mW;二阶模态下,谐振频率为119.14 Hz,开路电压为44.74 V,最大输出功率为3.54 mW。测试结果表明,该结构可有效拓宽通频带宽度至52 Hz,且功率密度高。该压电能量收集系统结构简单易于制备,工作频带宽,可在频率波动大的环境下供电,同时体积小、功率密度大,能在多方向激励下高效率收集能量,可应用于可穿戴设备、低功率设备等多个领域。 展开更多
关键词 压电能量收集 多模态 多方向 谐振频率 功率密度
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T型磁力耦合压电俘能器发电性能研究
9
作者 罗莲健 赵文浩 +2 位作者 宋汝君 常文艳 王郭泰 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2024年第7期217-223,共7页
针对传统压电俘能器存在共振频率高、输出功率低的问题,提出了一种T型磁力耦合压电俘能器。通过引入两侧互异的磁力耦合作用使压电梁产生弯-扭振动,以增加压电梁的形变量,进而提高俘能器输出电压响应。首先分析了该压电俘能器的工作原... 针对传统压电俘能器存在共振频率高、输出功率低的问题,提出了一种T型磁力耦合压电俘能器。通过引入两侧互异的磁力耦合作用使压电梁产生弯-扭振动,以增加压电梁的形变量,进而提高俘能器输出电压响应。首先分析了该压电俘能器的工作原理及结构设计,并对其振动特性进行仿真分析,最后,制作试验样机进行实验测试,通过仿真分析与实验测试验证了该压电俘能器的有效性。结果表明,存在最优负载电阻使压电俘能器输出功率最大。调整装置自由端质量块质量可对俘能频率进行控制,增大激励加速度能显著提高俘能器输出功率。引入磁力耦合,并通过对比实验分析了磁力耦合引起的弯-扭复合运动对俘能器输出性能的影响,当激励加速度为0.2 g时,磁力耦合装置Ⅲ由于发生弯扭复合振动,其工作频率与最大输出功率分别为5.5 Hz和3.71 mW。相比无磁力耦合的俘能装置Ⅰ,输出功率提高了约47%,因此,该T型磁力耦合压电俘能器在低频环境下具有较高输出效率。 展开更多
关键词 磁力耦合 弯-扭耦合振动 压电俘能 低频
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基于压电螺旋梁的地铁浮置板振动能量收集装置
10
作者 李秋彤 黄冰容 刘艳 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第33期14400-14409,共10页
为解决地铁轨道中振动能量的收集问题,根据钢弹簧浮置板的固有频率,设计了一种基于压电螺旋梁的振动能量收集装置。通过有限元仿真和数字图像相关法试验验证了该装置与钢弹簧浮置板的固有频率匹配情况,并利用扫频试验和落轴试验证明该... 为解决地铁轨道中振动能量的收集问题,根据钢弹簧浮置板的固有频率,设计了一种基于压电螺旋梁的振动能量收集装置。通过有限元仿真和数字图像相关法试验验证了该装置与钢弹簧浮置板的固有频率匹配情况,并利用扫频试验和落轴试验证明该装置具有振动能量收集能力。研究结果表明,在1~100 Hz范围进行扫频试验,在压电螺旋梁振动能量收集装置共振频率点处,压电片可产生13 V的开路电压,并点亮15个额定电压为1.5 V的发光二极管,落轴试验在落轴高度为20 mm处压电片可产生6 V的开路电压,并点亮10个额定电压为1.5 V的发光二极管,验证了该装置可实现地铁轨道中振动能量的收集,并为低功耗微型传感器供电。 展开更多
关键词 压电 螺旋梁 钢弹簧浮置板 振动能量收集 固有频率
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基于局域共振型声子晶体点缺陷态特性的低频振动能量回收研究
11
作者 黄子龙 郑超禹 温晓东 《兰州交通大学学报》 CAS 2024年第5期149-156,164,共9页
针对环境中广泛存在的低频振动控制问题,设计了一种二维三组元的新型局域共振型声子晶体结构。将完美声子晶体结构中一个单胞替换为压电材料以形成点缺陷结构,利用有限元方法对缺陷带的能量局域化特性进行了仿真研究,并探究了超胞大小... 针对环境中广泛存在的低频振动控制问题,设计了一种二维三组元的新型局域共振型声子晶体结构。将完美声子晶体结构中一个单胞替换为压电材料以形成点缺陷结构,利用有限元方法对缺陷带的能量局域化特性进行了仿真研究,并探究了超胞大小和缺陷位置对能量回收性能的影响。研究表明,在能量回收系统中引入局域共振型声子晶体结构,可以显著提高系统的能量回收性能;当超胞结构的大小满足足够的周期性时,利用缺陷态回收的振动能量逐渐趋于稳定并达到最大值;在给定的超胞结构中,存在一个最优的缺陷位置,使得系统的振动能量回收性能达到最佳。对于最优的5×7超胞结构,在252.9 Hz处产生的最大峰-峰值电压为243.5 mV,是相同大小的环氧树脂裸板结构在同一频率处产生的输出电压0.64 mV的380倍。该研究结果可为低频弹性波的调控和解决低功耗仪器的自供电提供理论参考。 展开更多
关键词 局域共振 声子晶体 缺陷态 低频振动能量回收
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非线性压电式能量采集器 被引量:12
12
作者 崔岩 王飞 +2 位作者 董维杰 姚明磊 王立鼎 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期2737-2743,共7页
由于非线性技术可使压电式能量采集获得较宽的振动频率和较高的输出电压,本文基于非线性振动研究了一种压电式能量采集器。基于Duffing模型测试得到了非线性压电能量采集器的振动方程,对其振动特性进行了仿真测试。在不同永磁体间距的... 由于非线性技术可使压电式能量采集获得较宽的振动频率和较高的输出电压,本文基于非线性振动研究了一种压电式能量采集器。基于Duffing模型测试得到了非线性压电能量采集器的振动方程,对其振动特性进行了仿真测试。在不同永磁体间距的条件下,测试了非线性压电式能量采集器的开路输出电压,结果表明,当激振台加速度为20m/s2时,该非线性压电式能量采集器的最大输出电压从线性系统输出时的131V提高到208V,最大输出功率为43.264mW,主共振频率变化范围达到18Hz。该Duffing模型的结构可以在小范围内改变非线性压电式能量采集器的共振频率,同时提高其输出电压。 展开更多
关键词 非线性振动 压电式能量采集器 共振频率 激振测试
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蒲公英状压电振动能量收集装置宽频带设计 被引量:12
13
作者 刘祥建 陈仁文 侯志伟 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1850-1856,共7页
研究了蒲公英状压电振动能量收集装置的宽频带设计,以解决环境振源振动频率多变的问题。建立了蒲公英状压电振动能量收集装置谐振频率的理论模型并进行了数值模拟,结果表明,该能量收集装置的谐振频率并不是可以任意拓展的。为验证理论... 研究了蒲公英状压电振动能量收集装置的宽频带设计,以解决环境振源振动频率多变的问题。建立了蒲公英状压电振动能量收集装置谐振频率的理论模型并进行了数值模拟,结果表明,该能量收集装置的谐振频率并不是可以任意拓展的。为验证理论分析的正确性,进行了蒲公英状压电振动能量收集装置的频率响应实验,得到的实验结果与理论分析基本吻合,说明了本文理论分析的可靠性。最后对宽频带的蒲公英状压电振动能量收集装置进行了发电性能测试实验,结果表明,通过对蒲公英状压电振动能量收集装置的宽频带设计,其在20~34Hz有较大的功率输出,且最大输出功率达到了约2.3mW。本文的设计有效地拓宽了该装置的谐振频率范围,易于实现与环境振源的匹配而获得较高的能量收集能力。 展开更多
关键词 压电振动能量收集装置 宽频带 谐振频率
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压电微悬臂梁振动能量采集器谐振频率和功率的研究 被引量:4
14
作者 李艳宁 李雯 +4 位作者 任平 郭彤 鄢志丹 傅星 胡小唐 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期373-376,共4页
压电振动能量采集器可将自然界中广泛存在的机械振动能转换为电能,并且一直向微型化电源的目标迈进.为此,以矩形压电微悬臂梁结构作为换能单元,通过对压电层等效电流源和单相桥式整流电路的理论及相关公式的推导,得出微能量功率的计算公... 压电振动能量采集器可将自然界中广泛存在的机械振动能转换为电能,并且一直向微型化电源的目标迈进.为此,以矩形压电微悬臂梁结构作为换能单元,通过对压电层等效电流源和单相桥式整流电路的理论及相关公式的推导,得出微能量功率的计算公式.通过分析看出,在实际设计压电振动能量采集装置时,可采用适当增加质量块质量和减小梁长度的方式来满足整体结构在自然环境中实现低频谐振、获得较大的功率输出的设计要求. 展开更多
关键词 压电微悬臂梁 微能源 振动能量采集 谐振频率
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MEMS低频压电振动能量采集器 被引量:9
15
作者 刘颖 王艳芬 +2 位作者 李刚 桑胜波 李朋伟 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期2476-2482,共7页
设计了基于微机电系统(MEMS)的一阶、二阶传动低频压电振动能量采集器,通过压电效应将低频振动能量转化为电能来解决低频(小于200Hz)振动环境中的能量采集问题。一阶传动能量采集器模型包括一阶传动梁及压电悬臂梁,二阶传动能量采集器... 设计了基于微机电系统(MEMS)的一阶、二阶传动低频压电振动能量采集器,通过压电效应将低频振动能量转化为电能来解决低频(小于200Hz)振动环境中的能量采集问题。一阶传动能量采集器模型包括一阶传动梁及压电悬臂梁,二阶传动能量采集器模型包括一阶传动梁、二阶传动梁及压电悬臂梁。数学建模及有限元分析显示:采集器工作频率随一阶、二阶传动梁及压电悬臂梁材料的杨氏模量的减小均呈单调递减的趋势;传动梁的设计可有效降低采集器的高阶工作频率、拓宽工作带宽;而二阶传动梁可以在1g加速度条件下,获得10.98Hz和44.52Hz两个超低频率的电压峰值(分别为3.18V/g和1.33V/g),使系统工作频率降得更低,50Hz以下的有效工作带宽更宽,更适合与低频振动环境匹配进行能量采集。 展开更多
关键词 低频振动 压电能量采集器 微机电系统 传动梁
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悬臂梁压电发电机的基频谐振频率与功率 被引量:5
16
作者 邹玉炜 黄学良 谭林林 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1177-1181,共5页
为了消除悬臂梁振动压电发电机的Roundy理论模型因未考虑质量块长度而带来的误差,在考虑质量块长度的前提下,以质量块质心作用于悬臂梁处的挠度为自由度,建立了悬臂梁振动压电发电机的模型,并得到了基频谐振频率、输出电压和输出功率的... 为了消除悬臂梁振动压电发电机的Roundy理论模型因未考虑质量块长度而带来的误差,在考虑质量块长度的前提下,以质量块质心作用于悬臂梁处的挠度为自由度,建立了悬臂梁振动压电发电机的模型,并得到了基频谐振频率、输出电压和输出功率的理论表达式.数值仿真表明:当质量块长度与悬臂梁长度接近时,该模型与Roundy模型之间的偏差较大;而当质量块长度与悬臂梁长度相差较大时,该模型与Roundy模型之间的偏差较小.实验结果表明,该模型与实验结果的误差要小于Roundy模型,该模型的精度要高于Roundy模型. 展开更多
关键词 振动能量收集 振动压电发电机 悬臂梁 谐振频率
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用于超低频振动能收集的压电弹簧摆结构设计与实现 被引量:8
17
作者 吴义鹏 周圣鹏 +1 位作者 裘进浩 季宏丽 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期750-756,共7页
低频振动能量在环境中普遍存在,如何高效收集却始终是一个难题。设计了一种基于普通金属夹的压电弹簧摆结构,由于摆动固有频率仅与软件仿真摆长和重力加速度有关,因此结构共振频率能够较好地匹配环境低频振源,进而高效地将其转化为电能... 低频振动能量在环境中普遍存在,如何高效收集却始终是一个难题。设计了一种基于普通金属夹的压电弹簧摆结构,由于摆动固有频率仅与软件仿真摆长和重力加速度有关,因此结构共振频率能够较好地匹配环境低频振源,进而高效地将其转化为电能。利用有限元仿真软件仿真并讨论了压电元件的优化布置方案,建立了结构动力学方程,最终搭建实验平台进行了理论验证,性能分析和能量收集器的自供电演示。实验结果表明,该压电弹簧摆结构在超低频条件下(2.03 Hz,0.26 g),回收功率能够达到13.29 mW,具有很高的低频振动能量收集性能。 展开更多
关键词 能量收集 弹簧摆 压电 超低频振动
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带谐振腔的微型压电风能采集器 被引量:13
18
作者 杜志刚 贺学锋 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期748-750,共3页
为了提高基于风致振动机理的微型风能采集器在低速风作用下的输出功率,提出一种带谐振腔的微型压电风能采集器结构,该采集器由谐振腔和振动梁构成,振动梁由压电梁和柔性梁组成。谐振腔可以改变振动梁附近的流场分布,扩大作用于振动梁的... 为了提高基于风致振动机理的微型风能采集器在低速风作用下的输出功率,提出一种带谐振腔的微型压电风能采集器结构,该采集器由谐振腔和振动梁构成,振动梁由压电梁和柔性梁组成。谐振腔可以改变振动梁附近的流场分布,扩大作用于振动梁的动风载荷,从而提高了采集器在低速风作用下的输出功率。实验分析了风速、压电梁长度和柔性梁长度对采集器输出性能的影响。当谐振腔尺寸为64 mm×22 mm×14 mm,振动梁长度和宽度分别为38 mm和6.4 mm时,微型风能采集器在17 m/s风载荷作用下的最大输出功率达到1.28 mW。 展开更多
关键词 压电 风致振动 谐振腔 风能采集
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复合梯形压电悬臂梁能量收集器的特性研究 被引量:4
19
作者 陈文科 靳伍银 +1 位作者 曹卉 王安 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1175-1181,共7页
为了拓宽压电能量收集器的工作频带宽度并改善低幅值激励频率条件下的能量收集效率,本文将梯形悬臂梁应用到多悬臂梁压电能量收集器结构设计当中。依据梯形悬臂梁的尺寸及末端附加质量,通过双压电晶片与弹性基梁的等效化处理,计算和推... 为了拓宽压电能量收集器的工作频带宽度并改善低幅值激励频率条件下的能量收集效率,本文将梯形悬臂梁应用到多悬臂梁压电能量收集器结构设计当中。依据梯形悬臂梁的尺寸及末端附加质量,通过双压电晶片与弹性基梁的等效化处理,计算和推导了系统的共振频率和传递函数,从而建立单梯形悬臂梁横向振动的数学模型,在此基础上分析推导了复合梯形压电能量收集系统模型。研究结果表明:复合梯形悬臂梁结构有效地拓宽了工作频带,更容易实现与环境振动频率的匹配共振从而提高发电效率。本文研究为优化多悬臂梁能量收集器的设计和应用具有重要的借鉴意义。 展开更多
关键词 梯形悬臂梁 能量收集器 附加质量 双压电晶片 共振频率 传递函数 宽频 压电陶瓷 发电效率
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Z型压电振动能量收集装置 被引量:14
20
作者 马天兵 陈南南 +2 位作者 吴晓东 杜菲 丁永静 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1968-1980,共13页
为解决压电振动能量收集结构难以同时满足宽频带、三维、高效采集等要求的问题,提出一种以Z型梁代替集中质量块的压电振动能量收集结构。通过Z型梁引入非线性质量,使收集器在低频范围内集中更多模态,拓宽采集频带。利用Z型梁结构的纵向... 为解决压电振动能量收集结构难以同时满足宽频带、三维、高效采集等要求的问题,提出一种以Z型梁代替集中质量块的压电振动能量收集结构。通过Z型梁引入非线性质量,使收集器在低频范围内集中更多模态,拓宽采集频带。利用Z型梁结构的纵向和横向不稳定性实现收集器的三维度能量采集功能。分析了Z型梁在宽度增加后的动力学特性,探讨了压电片阵列排布的采集性能,并建立仿真模型和搭建实验平台,与螺旋形梁结构和经典悬臂梁质量块结构的动力学特性进行了对比。仿真及实验结果表明:当梁折叠层数为7层时,频率在50 Hz以内的模态数量达到了9个,在1~100 Hz间隔1 Hz的谐波激振下,Z型压电梁正向的采集电压-频率曲线峰值多达4个,且主要集中在0~40 Hz,最大开路电压达到16 V,大大拓宽了采集频带;横向和纵向的最大开路电压峰值均在10 V以上,横向和纵向的采集电压-频率曲线峰值数量均大于4个,实现了三维度能量采集,负载10 kΩ时最大输出功率达到了0.18 mW;在Z型梁宽度增加到100 mm时,在200 Hz范围内模态数大于30个,双贴片串联采集电压曲线峰值多达4个,最大电压达到了14 V,验证了Z型梁适用于压电片阵列排布。 展开更多
关键词 压电振动 能量收集 Z型梁结构 宽频带 三维采集 非线性质量
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