懸臂梁壓電浮能器概要與認(rèn)識(shí)

1、 懸臂梁壓電浮能器概要(giyo)與認(rèn)識(shí) 共三十四頁(yè)浮能器的應(yīng)用領(lǐng)域圖1.1 俘能器應(yīng)用領(lǐng)域共三十四頁(yè)共三十四頁(yè)共三十四頁(yè)壓電效應(yīng)(y din xio yng)與反壓電效應(yīng)(y din xio yng)共三十四頁(yè)壓電材料(cilio)極化壓電材料一般需要進(jìn)行極化之后才能有效的俘獲能量。極化是在某一溫度下對(duì)壓電材料的兩個(gè)表面加以(jiy)一段時(shí)間的直流電壓實(shí)現(xiàn)的。極化之后，剩余極化出現(xiàn)，電荷在電極上積累，因此就具有了壓電性。該過程中偶極子的移動(dòng)示意圖共三十四頁(yè)壓電效應(yīng)(y din xio yng)模式 三種(sn zhn)模式壓電效應(yīng) (a) d33模式 (b) d31模式 (c) d15模式共

2、三十四頁(yè) 懸臂梁壓電浮能器模擬(mn)結(jié)構(gòu)共三十四頁(yè) 賓夕法尼亞州立大學(xué)研制的鐃鈸換能器是一種夾心式壓電浮能器裝置。該 裝置主要由鋼帽和壓電片構(gòu)成。壓電片陶瓷片的上下兩端都與鋼帽粘合，通過鋼帽的的振動(dòng)迫使壓電陶瓷承受環(huán)交變力從而產(chǎn)生交變電壓。測(cè)試結(jié)果表明在外力為100N左右、頻率為100-200Hz的環(huán)境下，對(duì)其施加70N的交變力載荷(zi h)若負(fù)載電阻為400、則可以獲得52mW功率。共三十四頁(yè)共面串聯(lián)(chunlin)模型和單晶片模型共三十四頁(yè) 可集成(j chn)懸臂梁壓電浮能器模擬單元共三十四頁(yè) 基于ANSYS的器件(qjin)有限元建模，網(wǎng)格劃分(a)和模態(tài)變形(b)共三十四頁(yè)AN

3、SYS分析矩形(jxng)壓電片應(yīng)力共三十四頁(yè)ANSYS分析(fnx)矩形壓電片電壓共三十四頁(yè) 不同模態(tài)諧振(xizhn)頻率下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)(a) 第一(dy)階模態(tài)(a) 第四階模態(tài)(a) 第三階模態(tài)(a) 第二階模態(tài)共三十四頁(yè) 壓電浮能器機(jī)電(jdin)耦合系統(tǒng)模擬共三十四頁(yè)Experimental setup for demonstration of the effect of strain nodes on the voltage output共三十四頁(yè)共三十四頁(yè)懸臂梁壓電浮能器的實(shí)驗(yàn)(shyn)仿真Experimental set-up for the one-stage energy

4、 harvestingscheme共三十四頁(yè)Figure 10. Agenerator prototype made from PZT-5A.Figure 11. Thepiezoelectric generator mounted into a vibrometerused for testing.共三十四頁(yè)Connection between the electrostatic shaker (as the part that moves the system), the clamping device, and the energy harvester device with proof

5、 mass I. Energy harvester device is electrically wired through electrical leads in order to pull the voltage/current off as shownin the left.共三十四頁(yè)壓電俘能性能測(cè)試(csh)儀器Tektronix AFG 3021B信號(hào)(xnho)發(fā)生器 YE5871A功率放大器JZK-5振動(dòng)臺(tái)Tektronix TDS 1002數(shù)字示波器共三十四頁(yè)性能(xngnng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)共三十四頁(yè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(shj)測(cè)量與分析共三十四頁(yè)在RL=1M下d15與d31頻率(pnl)輸

6、出特性比較共三十四頁(yè)問題(wnt)與思考1.怎么降低壓電浮能器的諧振頻率，由于自然環(huán)境中大部分能量為低頻能量2.怎么在低頻條件下獲得多個(gè)諧振頻率3.怎么實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)諧振頻率壓電浮能器4.怎么優(yōu)化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高的機(jī)電耦合系數(shù)和輸出電壓及功率5.怎么獲得高效的整流電路6.怎么開發(fā)(kif)高效的儲(chǔ)存電路共三十四頁(yè)下一步(y b)工作了解懸臂梁的理論建模了解各模擬態(tài)下理論計(jì)算熟悉(shx)懸臂梁各參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響并計(jì)算熟悉實(shí)驗(yàn)流程及操作，為去大連實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備共三十四頁(yè) Cho J, Anderson M,Richards R, et al.Optimization of electromechanica

7、l coupling for a thin-film PZT membrane II ExperimentJ. Journal of Micromechanics and Microengineering.2005,15(10): 1804-1809 Challa VR,Prasad MG,Shi Y,et al.A vibration energy harvesting device with bidirectional resonance frequency tunability.Smart Materials and Structures.2008, 17:015035. 共三十四頁(yè)共三十四頁(yè)共三十四頁(yè)共三十四頁(yè)共三十四頁(yè)共三十四頁(yè)內(nèi)容摘要懸臂梁壓電浮能器概要與認(rèn)識(shí)。壓電效應(yīng)(y din xio yng)與反壓電效應(yīng)(y din xio yng)。基于ANSYS的器件有限元建模，網(wǎng)格劃分(a)和模態(tài)變形(b)。(a) 第二階模態(tài)。Figure 11. Thepiezoelectric