悬臂梁式压电振动能量收集系统输出功率的优化研究

针对环境振动能量较小、振动源频带较宽导致压电能量收集系统输出功率较低的问题,探究了悬臂梁式结构能量收集系统采用并联或串联电感优化统输出功率的方法和特性,分析了不同并、串联电感值对输出功率的影响.鉴于压电悬臂梁的工作频率较低,匹配电感值较大,采用无损模拟电感进行了实验验证.理论分析与实验结果均表明,在不同的激振频率下对应不同的匹配电感值,在偏离谐振频率附近也可获得与谐振状态几乎相同的最大输出功率,从而拓宽了工作频率,提高了压电振动能量收集系统的能量收集水平.当激振频率分别是谐振频率的0.8和1.2倍时,并联或串联电感获得的最大输出功率分别是无电感纯电阻负载的26.4倍和18.2倍.     

自供电同步开关电感阻尼电路功率特性分析

为了明确自供电式同步开关电感阻尼电路的功率特性,同时为优化开关控制电路提供理论依据,分析了该电路的阻抗特点及其输出功率随负载的变化关系,并研究了在不同激振强度下能量收集的效率。实验测试了压电悬臂梁尖端振幅为2mm及4mm时负载电路获得功率及悬臂梁振子输出的总功率。结果表明,在振幅为2mm时,负载获得的最大输出功率为38.6μW;在振幅为4mm时,最大功率187μW。在压电振子正常工作的振动强度范围内,激振强度越大,自供电式同步开关电感阻尼电路的能量收集效率越高。在200~800kΩ负载范围内,振幅为4mm时的效率比2mm时高10%左右。