压电阵列径向分布的二维振动能量采集器

为了有效采集多个方向的振动能量,本文提出了一种圆柱形的压电阵列径向分布的二维(2D)振动能量采集器。通过将柔性弧形压电阵列径向分布在圆柱体上,该采集器可以收集到二维(2D)平面内任意方向的振动能量。同时,引入了角度带宽来描述采集器获取二维振动能量的能力。实验结果表明:这种新型结构采集器的角度带宽接近180°;而且,通过把对称位置的聚偏二氟乙烯(PVDF)压电元件进行反向串联,采集器的最大输出电压可以达到11.6V;当把对称位置的聚偏二氟乙烯(PVDF)压电元件反向并联时,最大输出功率达到13.5μW。与传统的悬臂式压电振动能量采集器相比,该二维(2D)采集器具有更好的多方向振动能量采集性能。     

MEMS低频压电振动能量采集器

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200 Hz）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10.98 Hz和44.52 Hz两个超低频率的电压峰值（分别为3.18 V/g和1.33 V/g）,使系统工作频率降得更低,50 Hz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。     

微型压电振动能量采集器的研究进展

微型压电振动能量采集器具有结构简单、能量密度高、寿命长等优点,使其在无线传感器网络自供电方面具有较广阔的应用前景。着重介绍压电振动能量采集器的关键技术及围绕其关键技术国内外在压电振动能量采集器方面的研究现状和最新进展,以及未来的发展趋势。     

宽频压电振动能量采集器的实验研究

为改善线性单频谐振式压电振动能量采集器的输出性能,研制了双自由度宽频压电振动能量采集器样机模型,搭建了样机实验测试平台,研究了系统刚度比和负载电阻等参数对能量采集器输出性能的影响。通过调节系统刚度比,不仅可以拓宽压电振动能量采集器的工作率带,还提高了压电振动能量采集器的输出电压和输出功率。结果表明:在基础振动加速度为40m/s~2和负载电阻为471kΩ条件下,双自由度宽频压电能量采集器的工作频带是单频系统的7倍,最大输出功率是单频系统的4.5倍。     

悬臂梁式压电振动能采集器的建模及实验验证

为了根据环境振动和电学负载的特点对悬臂梁式微型压电振动能采集器进行优化,本文考虑质量块质心与悬臂梁末端的位置差异,建立了在基础激励作用下采集器的运动微分方程和边界条件.通过引入常数,建立了对单压电层、双压电层并联和双压电层串联的3个悬臂梁式微型压电振动能采集器均适用的耦合电路方程,得到了采集器固有频率和振型的表达式,推...     

非线性宽频压电振动能量采集器的研究

为改善双稳态压电振动能量采集器在基础低幅值激励条件下的输出性能,提出了一种带有线性放大器的非线性宽频压电振动能量采集器,通过线性放大器对基础低幅值激励进行一级放大后,激发双稳态压电振动能量采集器进入高能轨道的大幅值周期振动,从而提高能量采集器的输出性能。根据力学和电学平衡方法建立了非线性宽频压电振动能量采集器的两自由度集总参数模型和运动微分方程,并对系统模型进行时域和频域求解,仿真分析了系统质量比、刚度比等参数对系统输出特性(振动位移、速度、相图和输出电压等)的影响。最后,通过与双稳态压电振动能量采集器输出性能的实验结果对比分析,表明非线性宽频压电振动能量采集器在较小的激励幅值作用下具有更高的输出特性和更宽的工作频带。     

压电及电磁风能发电微电源研究新进展

随着微型现代电子产品在诸多领域的广泛应用,微电源装置成为人们研究的热点之一,并且展现出了广阔的应用前景。针对基于风能的发电微电源技术,重点回顾了压电风能发电微电源装置和电磁风能发电微电源装置的发展,说明了压电风能发电和电磁风能发电的基本原理,总结和论述了各种类型压电风能发电微电源装置和电磁风能发电微电源装置的性能特点,指出了压电及电磁风能发电微电源在研究过程中需要进一步解决的问题,为其深入研究和实用化提供参考。     

三稳态压电能量采集器的动态特性与实验

为了探究三稳态压电振动能量采集器的动力学特性,以磁-机-压电耦合型三稳态压电振动能量采集器(tristable piezoelectric vibration energy harvester,简称TPVEH)为研究对象,利用磁荷法、力平衡和基尔霍夫定律分别建立了采集器末端磁铁与外部磁铁之间的非线性磁力模型和系统集总参数动力学模型。仿真分析了磁铁间距、激励加速度幅值和频率等参数对采集器动力学特性和采集电压的影响。研制了三稳态压电振动能量采集器原理样机,搭建了实验测试平台,实验验证了仿真结果的正确性。研究结果表明,随着激励加速度幅值增大,能量采集器依次经历单稳态、双稳态和三稳态3种运动状态,且三稳态运动时的工作频带和输出性能(位移、速度和采集电压)比双稳态和单稳态时要高。     

一种宽频压电振动能量采集器的解析模型与试验研究

为提高单频压电振动能量采集器的能量转换效率和工作频带,以带有弹性放大器的宽频压电悬臂梁振动能量采集器为研究对象,提出一种改进的集总参数机电耦合解析模型,通过引入参数修正因子和考虑悬臂梁的振型信息,利用能量守恒原理和曲线拟合方法确定解析模型的等效参数,并根据力学、电学平衡原理建立系统的运动控制方程、频率特性方程和电功率输出表达式;仿真分析能量采集器质量比、刚度比、阻尼比以及负载电阻等对系统振动特性、电输出特性及负载特性的影响;研制宽频压电悬臂梁振动能量采集器原理样机,搭建试验系统,对解析模型进行验证。结果表明:增大弹性放大器与压电悬臂梁的刚度比和质量比以及减小弹性放大器与压电悬臂梁的阻尼比可以提高能量采集器的转换效率和工作频带。     

直激式压电风能捕获器的性能分析与实验

提出一种由压电梁及其端部附加质量构成的直激式压电风能捕获器。在考虑了压电振子静平衡变形的基础上,根据涡激振动理论建立了柔性压电振子的自激振动理论模型并进行了仿真分析,获得了压电梁厚度比、附加质量及风速对其发电性能的影响规律。结果表明,存在最佳的压电梁厚度比使输出电压、电能及功率最大,电压/电能/功率所对应的最佳厚度比分别为0.5/0.65/0.65。其它参数确定时,存在最佳风速/附加质量使输出电压最大,且最佳风速随附加质量增加而降低、最佳质量随风速增加而降低。制作了风能捕获器样机并进行了试验测试,风速为4.8/7.2/10m/s时,对应的最佳附加质量及最大电压分别为15/11/7g和1.9/3.94/6.18V;风速为10m/s时,10g附加质量下的输出电压为0/20g附加质量下的4.1/1.2倍。结果证明根据实际风速范围确定合理的附加质量可提高发电能力。     

非线性压电振动能量采集器与非线性接口转换 电路的耦合动力学特性研究

压电振动能量采集器是实现低功耗电子产品无线自供电的核心部件,其与非线性接口转换电路的耦合机理是提升无线 自供电系统输出性能的关键理论。 以非线性三稳态压电振动能量采集器及其 4 种非线性接口转换电路为对象,建立动力学模 型,利用谐波平衡方法求解不同接口电路下系统耦合动态响应的稳态解;仿真分析了系统参数对接口电路输出特性的影响。 研 究结果表明,当机电耦合系数较小时,串联同步电感开并接口电路(S-SSHI)适合于频率小于 7 Hz、负载电阻小于 7. 4×10 6 Ω 的 场合,而并联同步电感开关接口电路( P-SSHI) 则相反;当机电耦合系数较大时,直流电( DC) 电路具有优势,功率达到 4. 5×10 -3 mW;交流电(AC)电路和 DC 电路具有较宽的机电耦合系数范围,而 P-SSHI 电路和 S-SSHI 电路却较窄但输出功率高, 最大输出功率可达到 19. 0×10 -3 和 14. 3×10 -3 mW。 实验验证了仿真结果的正确性。     

驰振式风能采集器的研究进展及应用

驰振式风能采集器作为风致振动式采集器的典型结构,具有良好的采集性能,在低功率设备,如微机电系统(MEMS)和无线传感设备等方面有着极大的应用前景.文中介绍了基于不同原理的驰振式风能采集器的最新进展,主要分为基于横流驰振和基于尾流驰振的风能采集器,分析总结了各种采集器的特点及性能,包括结构设计、切入风速、输出功率及有效风...     

基于驰振的压电能量采集器建模与实验研究

在压电能量采集器分布参数模型的基础上,对驰振作用下悬臂式压电能量采集器的振动和能量采集情况作进一步理论分析,得到质量块起振风速以及从起振到驰振过程中所采集到功率的解析解。利用直流式闭口低速风洞分别对正三棱柱、正四棱柱悬臂式压电能量采集器进行实验测试,结果表明,正四棱柱能量采集器和正三棱柱能量采集器的采集功率分别达到0.248 5 mW和0.125 9 mW。通过对采集功率和电压时程曲线进行对比,其理论解和实验值吻合程度较高,理论模型具有较高精度。通过理论模型分析发现：风速越大,质量块质量越小,能量采集器采集功率越高;对于不同条件下的能量采集器均存在最优外载阻值,低风速下还会出现双最优外载阻值。     

基于DXF文件的压电自适应微细电火花二维CAM软件研究

微细电火花技术由于其微精密加工的特点,在航空航天和精密仪器制造领域发挥着重要的作用。然而,微细电火花加工的效率很低,因此提高微细电火花技术加工效率对其广泛应用有重要意义。文中介绍了实验室自主搭建的压电自适应微细电火花加工平台的结构及其工作原理。研究了基于DXF(Drawing Exchange Format)文件的二维CAM技术,解决了路径优化等关键问题,完成了二维CAM(Computer Aided Manufacturing)软件的开发,实现了二维代码的自动生成,并通过实验验证了其正确性。     

新颖的压电复式二维光束扫描方法简析

本文介绍了一种新颖的压电复式二维光束扫描器，对该光束扫描器的工作原理、结构特点以及扫描器的特性进行了分析。     

新型压电步进式二维精密驱动器

设计了新型压电步进式精密二维驱动器.以压电叠堆为驱动元件,在单体柔性结构上实现直线和旋转驱动二维精密驱动.同时利用独特的双侧对称箝位结构,保证工作的稳定性和准确性.进行了二维驱动器的有限元分析,通过大量试验研究.证明二维驱动器达到基本设计功能.试验结果表明:二维驱动器的旋转驱动分辨率达到0.45μrad,行程360°,速度达到0.04 rad·s-1时,扭矩可达0.2 N·m;直线驱动分辨率40 nm,行程20 mm,速度19.2 mm·min-1时,驱动力可达近10 N,可实现2自由度精密驱动.     

压电梁弯曲振动振幅分布特性的实验研究

对压电梁进行了弯曲振动模态有限元分析,讨论了压电陶瓷片与梁的组合方式对压电梁弯曲模态的影响,在此基础上,对压电梁B1和B3阶弯曲模态、振幅分布进行了实验研究。结果表明,当压电梁振动阶数较高时,陶瓷片的横向布置对梁的振动特性影响很小。研究结果对压电驱动技术具有指导意义。     

基于压电驱动的二维并联精密平台的设计与分析

随着微纳科技的飞速发展,精密平台在科学研究和工业生产领域有着广泛的应用需求.提出一种基于压电驱动的二维并联精密平台,采用了对称的柔性结构和特定的压电驱动方式,对机构的中心框架实现解耦驱动;构建有限元仿真模型并进行静态和动态仿真分析;制作样机实体并搭载实验装置,对该机构的驱动特性、耦合特性和负载特性进行测试,分析该机构的...     

圆管式压电喷头的液体分配

针对用于喷墨打印的圆管式压电喷头建立了计算模型,并且根据它的驱动特点选择了合适的边界条件。介绍了仿真软件针对自由表面流动问题的计算原理。然后,以乙二醇水溶液为例,计算了压电喷头分配该溶液的分配过程;利用液滴成像系统获取了不同时刻的液滴图像,验证了建立的模型和数值算法的正确性。最后,计算了压电喷头在不同输入位移、不同黏度以及不同表面张力下的液体分配过程。仿真结果显示:液体分配性能与激励位移密切相关,在72.5mN/m的表面张力作用下,10nm的输入位移很难分配黏度为4.0mPa·s的液体,而15nm的输入位移在分配黏度为4.0mPa·s液体时却能够产生卫星液滴。因此,对于某种液体寻找一个合适的激励条件非常重要,过小的激励产生不了液滴,过大的激励则会产生较大甚至多个卫星液滴;增大黏度会延缓或阻滞液滴形成过程,增大表面张力却能加快液滴形成过程。本文的计算方法对于研制新式喷头或者研究喷头的喷射能力均具有指导意义。     

基于CAN-BUS技术的智能气候采集器

一种基于CAN总线的新型智能气候采集器,可实现气象要素的信号采集、处理、存储等功能,还可通过CAN总线与其它CAN节点及上位机一起组成CAN总线远程测控系统,从而实现气象要素采集的网络化、智能化,以适应现代气象仪器发展的总体趋势。