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宽频压电振动能量采集器的实验研究 被引量：10
1
作者 王光庆 岳玉秋 +2 位作者 展永政 李萧均 高帅帅 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期261-265,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 宽频带 压电振动能量采集器 弹性放大系统 样机模型
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非线性宽频压电振动能量采集器的研究 被引量：18
2
作者 王光庆 杨斌强 +2 位作者 徐文潭 李萧均 廖维新 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期221-230,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 双稳态压电振动能量采集器 线性放大器 非线性模型 两自由度 宽频带
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带弹性放大器的双稳态压电振动能量采集器 被引量：8
3
作者 杨斌强 徐文潭 +2 位作者 王学保 李秀玲 王光庆 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期684-691,共8页
针对带弹性放大器的双稳态压电振动能量采集器,利用Hamilton原理和Raleigh-Ritz方法建立了压电振动能量采集器的机电耦合分布参数模型。重点分析了激励频率Ω≥1时系统质量比、刚度比、磁铁对间距等参数对系统输出性能的影响。研制了压... 针对带弹性放大器的双稳态压电振动能量采集器,利用Hamilton原理和Raleigh-Ritz方法建立了压电振动能量采集器的机电耦合分布参数模型。重点分析了激励频率Ω≥1时系统质量比、刚度比、磁铁对间距等参数对系统输出性能的影响。研制了压电振动能量采集器原理样机,搭建了实验测试平台,实验测试了压电振动能量采集器的输出性能。研究结果表明带弹性放大器的压电振动能量采集器是一个非线性双自由度系统,具有两个双稳态运动区域;在激励频率Ω≥1时压电振动能量采集器需要较大的激励能量才能进入大幅值周期振动状态。 展开更多
关键词 双稳态压电振动能量采集器 弹性放大器 分布参数模型 仿真与实验
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三稳态压电振动能量采集器的动力学建模、仿真与实验研究 被引量：9
4
作者 李颍 鞠洋 +2 位作者 谭江平 赵泽翔 王光庆 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1098-1109,共12页
为探究磁-机-压电耦合型三稳态压电能量采集器的非线性动力学行为,利用磁偶极子点荷方法计算得到了能量采集器末端受到的非线性磁力,基于欧拉-伯努利梁理论和拉格朗日方程建立了三稳态压电振动能量采集器的分布参数机电耦合动力学模型,... 为探究磁-机-压电耦合型三稳态压电能量采集器的非线性动力学行为,利用磁偶极子点荷方法计算得到了能量采集器末端受到的非线性磁力,基于欧拉-伯努利梁理论和拉格朗日方程建立了三稳态压电振动能量采集器的分布参数机电耦合动力学模型,仿真分析了系统参数(d、dg)对能量采集器的势能、磁力以及非线性动力学输出特性的影响。研制了磁-机-压电耦合型三稳态振动能量采集器原理样机,搭建了样机实验平台,实验验证了理论模型与仿真结果的正确性。研究结果表明:适当调整d和dg可使压电振动能量采集器分别作单稳态、双稳态和三稳态运动,其中三稳态运动存在3个势能阱,势能阱的深度和宽度均小于双稳态压电振动能量采集器的势能阱深度和宽度,这有利于提升振动能量采集器的工作频带和采集输出效率。 展开更多
关键词 三稳态压电振动能量采集器 非线性磁力 分布参数机电耦合动力学 实验验证
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双稳态压电振动能量采集器的时-频域动力学特性及实验研究 被引量：5
5
作者 赵泽翔 王光庆 +2 位作者 谭江平 崔素娟 武海强 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1200-1208,共9页
为揭示双稳态压电振动能量采集器系统参数对其时-频域动力学特性的影响,利用等效磁荷法和拉格朗日方程及基尔霍夫电流定律分别建立了双稳态压电振动采集器的非线性磁力模型和系统分布参数动力学方程;基于谐波平衡法对双稳态压电悬臂梁... 为揭示双稳态压电振动能量采集器系统参数对其时-频域动力学特性的影响,利用等效磁荷法和拉格朗日方程及基尔霍夫电流定律分别建立了双稳态压电振动采集器的非线性磁力模型和系统分布参数动力学方程;基于谐波平衡法对双稳态压电悬臂梁振动能量采集器的动力学响应特性进行了解析,并分别从频域和时域角度仿真分析了系统参数对采集器动力学响应特性的影响规律,实验验证了仿真结果的正确性,研究结果有利于对双稳态压电振动能量采集器的结构优化设计和综合性能的提高。 展开更多
关键词 双稳态压电振动能量采集器 分布参数模型 非线性动力学特性 谐波平衡法 实验验证
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基于压电振动能量采集器的信息感知与模式识别系统 被引量：1
6
作者 颜佟佟 鲁征浩 徐大诚 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第7期37-39,43,共4页
压电振动能量采集器不仅能高效收集环境振动能量,同时也可感知振动信息,通过进一步信息处理也可识别出振动的模式。在充分研究振动能量采集器输出特征的基础上,构建了一种振动信息感知以及振动模式识别系统。根据能量采集器输出的信号特... 压电振动能量采集器不仅能高效收集环境振动能量,同时也可感知振动信息,通过进一步信息处理也可识别出振动的模式。在充分研究振动能量采集器输出特征的基础上,构建了一种振动信息感知以及振动模式识别系统。根据能量采集器输出的信号特征,采用卷积神经网络(CNN)算法给出了振动模式识别方法,并通过现场可编程门阵列(FPGA)的算法运行实现了振动模式的实时快速识别。实验结果表明:采用卷积神经网络算法的模式识别准确率可达96.7%,基于FPGA的识别系统能在能量采集器触发后的0.6 s内完成振动模式的快速识别。 展开更多
关键词 压电振动能量采集器 信息感知 卷积神经网络 模式识别
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基于谐波平衡的三稳态压电振动能量采集器及其接口电路耦合动力学特性分析 被引量：2
7
作者 朱强国 郑友成 +3 位作者 周铄 刘周龙 王光庆 张贝奇 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1427-1438,共12页
压电振动能量采集器是解决低功耗电子产品无线自供电问题的关键器件,其与非线性接口电路之间的耦合动力学特性是影响采集器转换输出效率的关键因素,需深入研究解决。以非线性三稳态压电振动能量采集器及非线性AC-DC整流滤波接口转换电... 压电振动能量采集器是解决低功耗电子产品无线自供电问题的关键器件,其与非线性接口电路之间的耦合动力学特性是影响采集器转换输出效率的关键因素,需深入研究解决。以非线性三稳态压电振动能量采集器及非线性AC-DC整流滤波接口转换电路为对象,建立非线性耦合动力学模型,基于谐波平衡方法求解系统稳态解及稳定性判别矩阵———雅可比矩阵。仿真分析了激励幅值、频率和耦合系数等参数对系统的影响机理。实验证明了仿真分析结果的正确性。研究结果表明选取适当的参数有利于提高系统的有效带宽和输出功率。在适度范围内增加耦合系数和负载电阻,可以增加系统的有效输出功率和有效频带宽度但过大时会抑制振动幅值和频带宽度,导致能量转换效率降低。 展开更多
关键词 压电振动能量采集 耦合动力学 谐波平衡 标准整流电路 AC电路
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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 被引量：3
8
作者 朱强国 王光庆 +2 位作者 刘周龙 郑友成 周铄 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期178-192,共15页
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... 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。 展开更多
关键词 无线自供电 压电振动能量采集器 谐波平衡法 非线性电路 耦合动力学特性
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基于压电振动能量采集器的无线监测传感节点 被引量：3
9
作者 杨俊杰 徐大诚 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第5期791-795,800,共6页
环境振动状况监测对设备的安全运营至关重要。通过压电振动能量采集器可实现对环境振动信息的感知,再经过智能信息处理方法无线监测设施的安全运营状态。将无线传感与深度学习相结合,在充分研究压电振动能量采集器输出信号特征的基础上... 环境振动状况监测对设备的安全运营至关重要。通过压电振动能量采集器可实现对环境振动信息的感知,再经过智能信息处理方法无线监测设施的安全运营状态。将无线传感与深度学习相结合,在充分研究压电振动能量采集器输出信号特征的基础上,提出了优化的卷积神经网络模型,用于识别环境异常振动模式,并设计实现了智能感知无线监测传感节点。系统工作时,节点可监测环境振动、温度信息并报警异常事件。测试结果表明,该传感节点在无线传输距离超过100 m的情况下,实现了环境振动事件的实时监测,报警时间小于5 s,环境振动模式识别准确率可达95.7%,监测环境温度状况并准确报警异常燃烧事件的时间小于3.7 s。该节点在野外目标监测等场合有广泛的应用前景。 展开更多
关键词 压电振动能量采集器 事件驱动 智能感知 卷积神经网络 无线传感
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压电阵列径向分布的二维振动能量采集器 被引量：3
10
作者 刘星 王佩红 +1 位作者 张小舟 赵海波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期2181-2189,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 压电振动能量采集器 二维振动 径向分布的压电阵列 角度带宽
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