MEMS压电-磁电复合式振动能量采集器 被引量：10

1

作者 杨杰 许卓 +2 位作者 安坤 陈晓勇 丑修建 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2015年第2期103-107,共5页

具有高能量输出密度的自我供电振动能量采集技术有着迫切的应用需求,是智能化MEMS器件系统发展的重要方向。研究了一种可将外界环境振动能转化为电能的MEMS压电-磁电复合振动能量采集器,其综合了压电发电和磁电发电的优势,为新型MEMS供... 具有高能量输出密度的自我供电振动能量采集技术有着迫切的应用需求,是智能化MEMS器件系统发展的重要方向。研究了一种可将外界环境振动能转化为电能的MEMS压电-磁电复合振动能量采集器,其综合了压电发电和磁电发电的优势,为新型MEMS供电研究提供了新思路。利用溶胶-凝胶工艺完成锆钛酸铅(PZT)压电功能薄膜的制备,采用MEMS加工技术完成器件四悬臂梁-中心质量块基础结构的设计和制作,结合集成封装技术实现微结构与永磁铁的微组装。测试结果表明:在一阶谐振频率247 Hz,10 g加速度激励的振动状态下,器件压电部分压电敏感单元与磁电部分电感线圈的单位体积最大有效输出电压分别为2.066×107和5.002×106 mV/cm3。 展开更多

关键词 微机电系统(MEMS) 压电式 电磁式 振动能 能量采集器

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压电电磁复合式振动能量采集器模型的研究 被引量：6

2

作者 李志宏 王良 +1 位作者 徐圣 裴承芝 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2017年第4期525-530,共6页

针对目前单一化的压电式或电磁式机械振动能量采集装置最大输出功率较低的问题,设计了一种新型的压电电磁复合式能量采集器。通过对复合式能量采集器建立数学模型,推导出了电压、电流及输出功率的表达式。然后对复合式能量采集器的输出... 针对目前单一化的压电式或电磁式机械振动能量采集装置最大输出功率较低的问题,设计了一种新型的压电电磁复合式能量采集器。通过对复合式能量采集器建立数学模型,推导出了电压、电流及输出功率的表达式。然后对复合式能量采集器的输出功率特性进行数值仿真,并设置压电片内阻值及其他参数条件,对比分析复合式能量采集器模型与单一的压电式或电磁式能量采集器模型,理论上输出功率提高了38.2%和4.74%。最后通过对采用悬臂梁结构的振动能量采集器的具体实验数据进行分析,论证了压电电磁复合式能量采集器输出功率的高效性。 展开更多

关键词 机械振动 压电电磁 能量采集器 悬臂梁 仿真

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压电振动能量采集器的性能分析与功率优化 被引量：7

3

作者 展永政 王光庆 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1248-1253,共6页

为了预测压电振动能量采集器的输出特性,优化输出功率,以压电双晶片串联型振动能量采集器为研究对象,综合考虑结构与电路耦合因素,利用有限元法和ANSYS软件建立压电振动能量采集器的有限元机电耦合动力学模型和网格实体模型.分析在外力... 为了预测压电振动能量采集器的输出特性,优化输出功率,以压电双晶片串联型振动能量采集器为研究对象,综合考虑结构与电路耦合因素,利用有限元法和ANSYS软件建立压电振动能量采集器的有限元机电耦合动力学模型和网格实体模型.分析在外力激振条件下负载电阻对压电振动能量采集器的振动特性和电输出特性的影响,得到不同负载电阻下压电能量采集器的振动特性和电输出特性曲线.通过调节负载电阻使之与能量采集器的阻抗匹配,实现了对能量采集器输出功率的优化,得到了优化的负载电阻和输出功率.研究结果表明,采用压电能量采集器能够输出大的开路电压、大的短路电流,优化后的开路和短路谐振时的最大输出功率分别达到57.81和55.12W. 展开更多

关键词 压电双晶片悬臂梁 有限元模型(FEM) 振动能量采集器 最优负载电阻 功率优化

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基于柔性套管悬臂梁式压电能量采集器的实验研究

4

作者 诸磊 韩东 +3 位作者 徐贵力 周茂林 俞思涌 何纬峰 《节能技术》 CAS 2024年第3期195-199,共5页

为了提高压电能量采集器的使用寿命,保证内部发电部件的稳定运行,提出了一种柔性套管悬臂梁式压电能量采集器收集能量的盾形截面的钝体,通过实验研究该结构的输出性能。分析了外接负载、风速、钝体质量对能量采集器的输出功率的影响。... 为了提高压电能量采集器的使用寿命,保证内部发电部件的稳定运行,提出了一种柔性套管悬臂梁式压电能量采集器收集能量的盾形截面的钝体,通过实验研究该结构的输出性能。分析了外接负载、风速、钝体质量对能量采集器的输出功率的影响。结果表明:能量采集器的输出功率随着负载阻值的增大呈现先增大后减小的趋势,存在最佳负载使得能量采集器的输出功率达到最大;同时输出功率会随流速的增大而增大,符合驰振现象;在实验所考虑的质量范围内,最大输出功率随着质量的增大而减小。实验中,能量采集器在钝体质量为70 g,最佳负载为10^(5)Ω,流速为8.0 m/s时达到最大输出功率5.22 mW。 展开更多

关键词 流致振动 压电能量采集器 驰振 柔性套管 发电功率

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双梁磁力压电振动能量采集器的实验和仿真 被引量：11

5

作者 石朝成 李响 +3 位作者 袁天辰 陆泽琦 宋汉文 陈立群 《动力学与控制学报》 2017年第1期68-74,共7页

基于非线性技术改善能量采集器的能量采集效果作用,本文研究了非线性磁力耦合的双悬臂梁压电振动能量采集器,该采集器由两条不同的固有频率悬臂梁与永磁体组成.本文给出双梁磁力耦合压电能量采集器模型并建立了动力学方程式,通过实验测... 基于非线性技术改善能量采集器的能量采集效果作用,本文研究了非线性磁力耦合的双悬臂梁压电振动能量采集器,该采集器由两条不同的固有频率悬臂梁与永磁体组成.本文给出双梁磁力耦合压电能量采集器模型并建立了动力学方程式,通过实验测试获取相关参数与拟合磁力公式,数值仿真分析了双梁固有频率比1∶1.2与1∶1.5和永磁体初始间距40mm与30mm的4种结构能量采集器的电压输出性能与频率特征.根据数值分析设计实验:外激励加速度3m/s2作用下,双梁磁力结构能量采集器比单梁线性结构多一个电压共振峰;双梁固有频率比为1∶1.5比双梁固有频率比1∶1.2的电压响应带宽宽;初始磁距30mm共振峰值分别为(12Hz,39.4V)与(18Hz,13.4V)比初始磁距40mm两电压共振峰高且电压共振峰峰之间的电压输出比其他组合结构高. 展开更多

关键词 压电振动能量采集器 磁力 双梁固有频率比 初始磁距

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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

6

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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基于激光切割的叉指结构悬臂梁式压电振动能量采集器 被引量：1

7

作者 吕旖雯 金妍 +1 位作者 高安然 李以贵 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2023年第7期1086-1093,共8页

为了拓宽有效的输出带宽,通过激光切割法进行加工,设计并制备了一种具有叉指结构的锆钛酸铅(PZT)悬臂梁式压电振动能量采集器(PVEH)。仿真结果显示,相比常规的悬臂梁式PVEH,具有叉指结构的悬臂梁式PVEH拥有更低的一阶固有频率以及更多... 为了拓宽有效的输出带宽,通过激光切割法进行加工,设计并制备了一种具有叉指结构的锆钛酸铅(PZT)悬臂梁式压电振动能量采集器(PVEH)。仿真结果显示,相比常规的悬臂梁式PVEH,具有叉指结构的悬臂梁式PVEH拥有更低的一阶固有频率以及更多的输出电压峰值。利用双通道示波器、函数信号发生器、振动台、加速度计和功率放大器等搭建测试平台,对制备的悬臂梁式PVEH进行测试。结果表明,在0.5g加速度的条件下,常规的悬臂梁式PVEH的固有频率为30.80 Hz,输出电压峰值为4.88 V;具有叉指结构(叉指数目为8且叉指长度为40 mm)的悬臂梁式PVEH具有4个固有频率,分别为17.70、37.30、74和81 Hz,对应的输出电压峰值分别为7.28、3.07、0.366和0.084 V。通过对比研究发现,具有叉指结构的悬臂梁式PVEH的一阶固有频率降低了42.53%,一阶输出电压峰值提升了49.18%,实现了性能的有效提升。 展开更多

关键词 压电振动能量采集器(pveh) 叉指结构 激光切割 锆钛酸铅(PZT) 拓宽带宽

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采用弯曲梁的压电式多方向宽频振动能量采集器 被引量：2

8

作者 陈旺 代显智 +2 位作者 张章 王旭明 朱艳生 《河南科技》 2019年第16期45-48,共4页

针对现有宽频多方向能量采集器频带窄、结构复杂、成本高等不足,本文提出了一种采用L型弯曲弹性梁的宽频多方向振动能量采集器,并探讨其工作原理、进行实验研究。结果表明:当外界加速度0.4g时,在x、y方向获得宽频采集特性,其带宽约5Hz,... 针对现有宽频多方向能量采集器频带窄、结构复杂、成本高等不足,本文提出了一种采用L型弯曲弹性梁的宽频多方向振动能量采集器,并探讨其工作原理、进行实验研究。结果表明:当外界加速度0.4g时,在x、y方向获得宽频采集特性,其带宽约5Hz,z方向带宽约2Hz;在x、y、z方向分别得到约2.5、3V和6V的峰-峰值电压。可见,弯曲弹性梁压电式多方向宽频振动能量采集器不仅具有宽频特性,而且还实现了多方向的能量采集。 展开更多

关键词 振动能量采集器 弯曲梁 压电式 宽频 多方向

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基于V形钝体的压电能量采集器建模与实验研究 被引量：1

9

作者 高斯杰 韩东 +5 位作者 郑明瑞 李世瑞 何纬峰 王瑾程 汪胜 周天昊 《节能技术》 CAS 2022年第3期207-211,278,共6页

为了提高压电能量采集器的输出功率,提出一种用于悬臂梁式压电能量采集器收集能量的V形截面的钝体,建立该能量采集器的分布参数模型,并通过实验验证了模型的准确性。分析了流速、外部负载及钝体质量和高度对能量采集器起振速度和输出功... 为了提高压电能量采集器的输出功率,提出一种用于悬臂梁式压电能量采集器收集能量的V形截面的钝体,建立该能量采集器的分布参数模型,并通过实验验证了模型的准确性。分析了流速、外部负载及钝体质量和高度对能量采集器起振速度和输出功率的影响。结果表明:能量采集器的输出功率随流速增大而增大;存在最佳负载、最佳钝体高度和钝体质量使能量采集器功率最大化。实验中,能量采集器最大功率达到0.6899 MW,通过比较表明V形钝体具有更好的能量采集性能。 展开更多

关键词 流致振动 压电能量采集器 驰振 分布参数模型 发电功率

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预应力式压电能量采集器的模型和试验分析 被引量：3

10

作者 王海 徐罡 +3 位作者 杨春来 金标 郑衍畅 史宁 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期88-96,共9页

为提高振动能量的采集效率,设计了一种基于预应力梁的压电能量采集器。基于欧拉-伯努利梁理论,建立了基础激励条件下含预应力压电陶瓷悬臂梁的动力学模型,并利用数值仿真的方法对其输出功率、电压等性能进行分析。最后搭建了试验平台对... 为提高振动能量的采集效率,设计了一种基于预应力梁的压电能量采集器。基于欧拉-伯努利梁理论,建立了基础激励条件下含预应力压电陶瓷悬臂梁的动力学模型,并利用数值仿真的方法对其输出功率、电压等性能进行分析。最后搭建了试验平台对上述预应力能量采集器的样品进试验测试,对其输出电压、输出功率和自由端位移与预应力大小关系进行分析和研究。试验结果显示在相同条件下,5.9 N轴向预拉力作用下的压电能量采集器的开路电压比无预应力条件下提高了11.6 V。对相同容量的电容的充电试验结果表明,含5.9 N轴向预拉力的压电能量采集的平均充电电压比无预应力情况下提高了1.55 V。数值仿真和试验结果均显示含预应力的PEH的能量采集效率得到明显提高。 展开更多

关键词 压电能量采集器(PEH) 振动能量采集 预应力梁 效率

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基于模态分离技术的3×n阵列式低频宽带压电振动发电机的设计研究 被引量：5

11

作者 罗翠线 秦敏哲 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期554-560,共7页

针对传统压电发电机固有频率单一,频率采集范围窄和能量采集效率低等缺陷,且无法满足当前无线传感器在特殊工作环境中所需的宽频带和大功率输出.本文基于模态分离技术提出了一种3×n阵列式压电发电结构,并利用COMSOL有限元仿真软件... 针对传统压电发电机固有频率单一,频率采集范围窄和能量采集效率低等缺陷,且无法满足当前无线传感器在特殊工作环境中所需的宽频带和大功率输出.本文基于模态分离技术提出了一种3×n阵列式压电发电结构,并利用COMSOL有限元仿真软件对其进行仿真分析,优化参数后3×5阵列式采集系统在低于50Hz的频率范围内带宽为15.6Hz.实验测试结果发现3×5阵列式发电机的带宽拓宽至13.8Hz;同时在11Hz的共振频率下,最优负载电阻值为350kΩ时,可获得的最大输出功率为2.12mW;最后测试其半功率(1.05mW)带宽达15.3Hz.本文所提出的模态分离技术使阵列采集系统的带宽明显提高且输出功率增大,这个优异的输出性能使得其在多源、宽频振动环境中具有明显的优势. 展开更多

关键词 阵列式发电机 低频宽带采集器 压电俘能装置 振动能量捕获 模态分离技术

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悬臂梁双晶压电片不同连接方式发电性能 被引量：7

12

作者 张智娟 倪超 侯立群 《电子器件》 CAS 北大核心 2018年第4期893-897,共5页

为了更加有效提高双压电振动能量采集器的发电效率,以双晶压电片为研究对象,设计了一种可收集电动机机械振动能量的双压电振动能量采集器。探究了电动机在不同转速情况下,双晶压电片不同连接方式对采集器的发电特性、内阻、输出电压和... 为了更加有效提高双压电振动能量采集器的发电效率,以双晶压电片为研究对象,设计了一种可收集电动机机械振动能量的双压电振动能量采集器。探究了电动机在不同转速情况下,双晶压电片不同连接方式对采集器的发电特性、内阻、输出电压和输出功率的影响。通过实验结果与理论计算值进行对比,可见,两个电极并联的双晶压电片并联输出功率最大可达314.69μW,为最优的双晶压电片连接方式。 展开更多

关键词 双晶压电片 压电振动能量采集器 连接方式 振动能量

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可穿戴导盲器中自供电电源的关键技术研究

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作者 薛蕊 曾实现 和雷涛 《通信电源技术》 2020年第18期47-49,共3页

为了实现智能导盲鞋随时无线供电的目的,设计了一种自供电式电源。开发大功率压电振动能量采集器(Piezoelectric Vibration Energy Harvester,PVEH)驱动导盲鞋进行工作,采用由PVDF-TrFE压电薄膜制成的鞋垫传感器。PVEH可以在行走期间通... 为了实现智能导盲鞋随时无线供电的目的,设计了一种自供电式电源。开发大功率压电振动能量采集器(Piezoelectric Vibration Energy Harvester,PVEH)驱动导盲鞋进行工作,采用由PVDF-TrFE压电薄膜制成的鞋垫传感器。PVEH可以在行走期间通过鞋底的冲击力操作无线模块和鞋垫传感器,并测试传输传感数据。自供电电源为导盲鞋系统提供了足够的能量,大大降低了功耗。该系统结构简单、性能稳定且操作容易,具有较高的性价比和广阔的市场前景。 展开更多

关键词 自供电电源 大功率压电振动能量采集器 蓝牙模块 压力传感器

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