小地板锯齿作馈源的背射式天线

本文提出一种新式宽带线极化背射天线。该天线的馈源是一种背射式锯齿天线。这种背射天线E面和H面主瓣宽度在 2 6°～ 39°之间 ;其方向图和驻波系数等主要指标带宽可达 1～ 1.6。此外这种天线还具有馈电方便、结构简单等优点。     

多质量块宽频压电能量收集器

为了提高压电能量收集器的工作频带宽度、降低其固有频率并提高收集效率,设计了一种多质量块宽频压电能量收集器。建立多质量块压电悬臂梁的理论模型,分析质量块位置对输出功率的影响;有限元分析质量块数量对输出电压和固有频率的影响;搭建试验台,对多质量块宽频压电能量收集器进行测试。实验测得：随着悬臂梁自由端质量块数量的增加其一阶固有频率由62 Hz降至28 Hz,工作频带宽度增加39.3%,输出功率由17 mW增加至31 mW,且整流后得到的功率是桥式整流电路的1.31倍。实验结果表明,随着质量块数量的增加,压电悬臂梁的一阶固有频率降低,频宽增大,输出功率增加,且新的能量收集电路的转换效率比桥式整流电路高。     

多质量块宽频压电能量收集器

为了提高压电能量收集器的工作频带宽度、降低其固有频率并提高收集效率,设计了一种多质量块宽频压电能量收集器。建立多质量块压电悬臂梁的理论模型,分析质量块位置对输出功率的影响;有限元分析质量块数量对输出电压和固有频率的影响;搭建试验台,对多质量块宽频压电能量收集器进行测试。实验测得:随着悬臂梁自由端质量块数量的增加其一阶固有频率由62 Hz降至28 Hz,工作频带宽度增加39.3%,输出功率由17mW增加至31mW,且整流后得到的功率是桥式整流电路的1.31倍。实验结果表明,随着质量块数量的增加,压电悬臂梁的一阶固有频率降低,频宽增大,输出功率增加,且新的能量收集电路的转换效率比桥式整流电路高。     

宽带化压电陶瓷受话器的设计

从压电陶瓷蜂鸣元件的特性入手 ,根据三自由度振动系统基本原理 ,通过降低压电陶瓷元件的谐振频率 fr,利用其二次共振以及选择适当的声阻材料制成了重放频带宽 (2 0 0～ 40 0 0 Hz)、灵敏度高 (10 8± 3) d B、声压 -频率特性平坦的压电陶瓷受话器。通过压电陶瓷受话器的宽带化设计 ,在较宽的频率范围内实现语音重放功能 ,以适合高质量全球移动通信系统 (GSM)的要求。     

多方向压电振动能量收集技术研究与进展

煤矿井下综采设备工作时会产生较大振动,利用压电振动能量收集系统实现煤矿综采设备无线监测节点自供电,有望解决传统化学电池使用寿命有限,更换困难,污染环境等问题。传统线性能量收集装置的谐振频率难以满足外界振动复杂多变的要求,导致俘能效率低下。如何提高压电振动系统俘能效率是一个亟待解决的问题。多方向是提高复杂振动环境压电俘能效率的有效途径。该文从击打式和悬臂梁式两种能量转换方式总结分析国内外学者在多方向振动能量收集方面的研究,从阵列式、自调谐、非线性、频率泵浦、弹性放大器等方面分析多方向振动能量收集系统的效率提升技术;最后,从采用新型压电材料提升俘能效率、考虑非线性和多场耦合动力学优化俘能结构、工程应用研究等方面对多方向压电能量收集技术进行了展望。     

智能井盖的钹式压电发电装置研究

智能井盖的应用减小了人工巡查的难度,降低了人们的生命财产安全风险.该文研究了一种钹式压电能量收集器,有效地提高了智能井盖无线监测节点电池的续航能力,降低了人工巡查的成本.分析了收集器的工作原理,采用ANSYS Workbench软件进行仿真优化,研究了对钹式压电能量收集器输出性能影响的关键因素.加工组装了钹式发电装置样...     

半电极含金属芯压电纤维阵列研究

通过计算半周期内的有效电压,分析了半电极含金属芯压电纤维阵列能量收集的动力学方程组,推导了纤维完全一致和存在尺寸差异两种情况下阵列收集的电压和能量方程,仿真计算了纤维几何参数满足正态分布时能量收集效率与半径比、纤维长度和半电极角度的方差之间的变化规律。分析结果表明,纤维尺寸差异越大,能量收集效率越低。为提高阵列在不同方向的外界激励下能量收集效率,需要在每根纤维直接连接交流-直流转换电路。     

一种回折梁结构低频压电能量采集器

为满足振动频率在一定范围内变动,且在空间有限的环境下无线传感器系统的自供能需求,设计了一种具有3个自由度的回折梁振动压电能量采集器。基于系统结构和工作原理,进行了理论分析及建立了回折梁结构有限元模型,并对该模型进行了有限元分析和模态仿真。制作回折梁压电能量采集器的原理样机,搭建试验平台,在振动台上进行试验。试验结果表明,理论分析、有限元模拟结果与实验结果吻合,在3.5～8.5 Hz低频振动下能产生大于5 V的电压,最高输出电压约为17.5 V,是传统单梁结构的1.4倍,且具有3个输出电压峰,工作带宽为传统单梁结构的4.5倍,实现了宽频效果。所提出的回折梁结构压电能量采集器在低频、振动频率变化的环境中有效且自适应。     

基于分块压电悬臂梁的压电地板单元研制

为了提高压电地板的发电功率,将压电圆盘或正方形压电结构分块成悬臂梁。有限元静态分析表明,当承重和材料体积相近时,三角形分块的输出功率分别是方形分块和压电圆盘的20倍、7倍;对比分析了顶角为60°、90°、120°的三角形悬臂梁压电地板单元的发电性能,发现减薄压电片和基板厚度使踩踏位移相同时,3种压电地板单元的输出功率相同;若压电片和基板厚度相同,顶角为60°的三角形分块压电地板单元输出功率最大。用6个60°三角形压电悬臂梁制作压电地板单元,以手按压,可轮流点亮两个发光二极管。     

一种基于防震锤的新型压电复合能量收集方法

为了解决智能电网环境下输电线有害振动与工况检测传感器的供电及续航问题,该文设计了一种压电式振动与磁场复合能量收集的防震锤。防震锤的主压电梁收集输电线振动能量,副压电梁通过安装磁铁收集输电线电流产生的变化磁场能量,摆脱了传统收集磁场能量时线圈的使用。对收集器进行有限元仿真分析与实验测试。结果表明,收集器工作频带更宽,比传统的单梁输出高54%,主压电悬臂梁最大输出功率可达到874 μW,副压电梁最大功率可达到683 μW。     

超低幅值激励下压电梁的响应特性分析

通过电磁激励方式研究了压电悬臂梁结构在超低幅值激励下的响应特性。对线性压电梁的响应进行了实验研究,分析了激励幅值的影响。研究了引入单侧阻挡后压电梁的非线性响应特性,分析了激励幅值、阻挡间隙对单侧阻挡压电梁宽带响应的影响。实验结果表明,在0.003 N的电磁激励下,压电梁的振幅小于140μm。引入单侧阻挡后压电梁表现出分段线性响应,对阻挡间隙微米尺度的变化灵敏。随着间隙从100μm减小到20μm,最大输出电压从3.14 V减小到1.17 V,半功率带宽从5.8 Hz增大到18.2 Hz。     

考虑几何非线性时双稳态压电悬臂梁响应分析

针对双稳态压电振子产生大挠度振动现象,利用哈密顿原理建立了其大变形动力学方程,再用Galerkin法将其离散为模态坐标方程。对无量纲化方程进行数值分析可知:在激励一定下,存在最优阻抗使输出功率最大;在相同的激励水平下,大幅周期运动发电能力优于大幅混沌运动;通过对比发现几何非线性使系统产生更多的混沌窗口,改变梁长可使系统处在大幅周期运动中,从而提升压电发电能力。     

一种锯齿波驱动的压电电机

设计和制作了一台锯齿波驱动的压电电机,电机直径为28 mm,高56 mm,质量为300 g。在幅值180 V,频率500 Hz的交流电驱动下,电机转速可达89.5 r/min,最大扭矩1 N.mm。电机依靠摩擦力驱动,依靠转子的惯性实现单向输出。该文详细介绍了该电机的驱动原理和结构设计并对电机的一些性能进行了测试。多种测试参数表明,本电机具有工作稳定,运行参数优良的特点。     

压电换能型传感器电学响应特性研究

压电元件用作换能型传感器,是一个机电二端网络,压电方程描述了机电转换的关系,而实际应用端口条件将确定传感器的最终输出。文章分析了在理想开路和实际应用条件下的电学响应特性,推导了压电敏感元件在实际应用条件下的传感响应微分方程,给出了传感输出的瞬态响应表达式。     

双稳态压电悬臂梁发电性能分析

利用增量谐波平衡法(IHB)对双稳态压电发电系统的发电性能进行了研究.首先通过与龙格-库塔法(R-K)数值计算的结果相对比,证明IHB法解的有效性;其次利用IHB法分别计算了磁化强度不同时双稳态压电发电系统的电压幅频响应曲线及不同的负载电阻下的发电功率,得出双稳态压电发电系统的电压幅频响应存在解的跳跃现象,并且当磁场强度增大时,电压幅频曲线向右偏移,大幅运动的响应频带变宽,最大幅值变大.另外,分析了系统电阻匹配问题,只有选择合适的电阻值时,发电功率才能达到最大;最后与线性压电发电系统相比,得到双稳态压电发电系统在低频宽带下能产生较高的发电功率.     

悬臂梁基底对压电俘能器输出响应的影响分析

悬臂梁的材料与结构对压电俘能器的输出响应具有重要影响。为了研究在1.5～5.8 m/s低风速环境下不同基底材料对接触式压电俘能器的影响,该文选择聚氯乙烯(PVC)、304不锈钢、1060铝和H68黄铜材料为基底的柔性聚偏氟乙烯(PVDF)压电悬臂梁结构,并进行了对比实验与分析。结果表明,以304不锈钢为基底的悬臂梁结构输出功率最大。通过计算不同基底材料梁的结构参数发现,在低风速工况下,梁的结构刚度与减幅因数是影响压电俘能器输出性能的主要因素。同等工况下,梁的结构刚度越小,接触式压电俘能器的启动风速越低,风致振动的激振力频率越高;减幅因数越小,悬臂梁的输出功率越大。     

基于ANSYS的压电智能梁仿真分析

运用ANSYS软件进行压电智能梁结构的有限元分析和优化设计。在ANSYS软件中建立智能梁结构模型,并进行有限元分析,得到梁的各阶模态,然后进行梁的谐响应分析及瞬态动力学分析。针对不同模态下,采用一片压电陶瓷不能控制其振动,在不同位置安装多个驱动器来进行减振试验,得到梁的各阶模态下驱动器放置的最优布局及减振结果。     

压电智能复合材料层板冲击压电响应仿真分析

基于1阶剪切变形理论,采用有限单元方法,建立了压电智能复合材料层板有限元模型,采用低速冲击对其压电传感器的瞬态响应进行了仿真分析.结果表明,各压电传感器响应信号特征与各传感器的布置位置、冲击荷载位置及层板的边界条件等因素有关.综合分析各传感器响应信号并进行特征提取,可建立传感器响应与冲击位置间的非线性关系,从而实现结构加载损伤位置的自诊断.     

压电振动能量收集器的建模与响应分析

以多方向压电振动能量收集器为对象,建立系统的简化机电耦合动力学模型。利用COMSOL软件构建能量收集装置的有限元模型,分析了系统的振动模态,讨论了系统不同结构参数对其电压频域响应及负载功率阻抗匹配的影响。引入非线性磁力,探究了不同磁间距对电学响应的作用。结果表明,能量收集器在y方向1g(g=9.8 m/s²)加速度载荷激励下,负载电压和负载功率峰值分别达到37 V、6.9 mW,减少压电陶瓷、弹簧基底厚度及增加附加质量块的质量有利于能量收集,并且能量收集装置在磁力作用下具有自主调谐功能,增强了环境适应性。     

一种悬臂曲梁压电俘能器研究

提出了一种基于压电悬臂曲梁式能量采集器。采用曲梁式结构能在较小空间范围内提高压电体的表面积从而提高了能量采集效率,同时曲梁结构还能较好的适应微机电系统对压电俘能器严格的尺寸限制。该文假设该悬臂曲梁式压电俘能器仅处于面内振动状态,并定义了其位移模式。仿真结果表明,随着曲率半径的增大,压电俘能器的俘能性能随之提高,当基底材料的弹性常数和密度均较小时,即使没有集中质量的调节,该曲梁式压电俘能器仍能在较低的谐振频率下俘获周围的振动能量。