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气体耦合式宽带/低频压电振动俘能器 被引量：10
1
作者 王淑云 张肖逸 +3 位作者 阚君武 张忠华 于丽 程光明 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期497-503,共7页
为实现低频/宽频带/高强度振动能量回收及基于能量回收的主动振动控制,提出了一种气体耦合式振动俘能器。介绍了俘能器的系统构成原理,对其能量回收特性进行了理论与试验研究。理论分析结果表明,俘能器的发电能力及特性是由环境振动强... 为实现低频/宽频带/高强度振动能量回收及基于能量回收的主动振动控制,提出了一种气体耦合式振动俘能器。介绍了俘能器的系统构成原理,对其能量回收特性进行了理论与试验研究。理论分析结果表明,俘能器的发电能力及特性是由环境振动强度、气缸/压电振子的结构与性能参数、系统质量/背压等多种要素共同决定的;其它条件确定时,存在使电压最大的最佳频率以及使俘能器工作与否的最低临界频率;增加背压/质量可不同程度地提高俘能器的输出电压和有效带宽、降低临界频率,但对最佳频率无明显影响。采用Ф60×0.9mm3双晶压电振子及Ф16×100mm3气缸制作了样机,测试了不同背压及质量时俘能器的电压-频率特性。结果表明,俘能器最佳/临界频率、最大输出电压及有效带宽等与背压/质量关系均与理论分析结果相吻合。不同条件下所测得的最佳频率均为55Hz左右;背压0.4 MPa、质量10kg时所获得临界频率/最大输出电压/对应25V输出电压有效带宽为9Hz/88V/72Hz,分别为质量2.5kg时的0.36倍、2倍和2.2倍。 展开更多
关键词 压电振动俘能器 气体耦合振动 能量回收 发电
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多场耦合多方向振动俘能器建模及响应分析 被引量：4
2
作者 张旭辉 吴中华 +2 位作者 赖正鹏 谭厚志 樊红卫 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期1-8,217,共9页
针对多方向振动俘能器对低频、低幅值激励的响应输出性能低等问题,在振动俘能结构中引入非线性磁吸力,提高俘能器的响应频带和能量转换效率。研究了非线性磁振子模型,建立了基于广义Hamilton变分原理的横、纵向振动系统机电耦合模型,对... 针对多方向振动俘能器对低频、低幅值激励的响应输出性能低等问题,在振动俘能结构中引入非线性磁吸力,提高俘能器的响应频带和能量转换效率。研究了非线性磁振子模型,建立了基于广义Hamilton变分原理的横、纵向振动系统机电耦合模型,对系统动力学方程进行无量纲化并数值求解。搭建了振动俘能器性能测试平台,开展了多场耦合振动俘能器频谱特性及响应输出的分析实验。结果表明,引入磁铁可显著提高系统能量转换效率,当磁铁间距15mm、激励幅值0.5m/s^2时,相比无磁力输入的情况,系统响应电压提高了6倍左右,谐振频率从18Hz降至9.5Hz左右,解决了压电俘能器频带窄、响应频率高及输出电压低等问题。 展开更多
关键词 低频低幅振动 多场耦合模型 振动俘能器 分布式模型 响应分析
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单磁耦合式压电振动俘能器的建模与试验 被引量：1
3
作者 张忠华 柴君凌 +3 位作者 阚君武 林仕杰 王淑云 黄乐帅 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第19期2288-2293,2304,共7页
为实现高可靠性及宽频带振动能量的回收,提出了一种单磁耦合式压电振动俘能器。建立了俘能器的动力学方程,采用COMSOL仿真分析了磁铁水平耦合距离d、竖直耦合距离h及耦合角α对势能的影响;设计制作了样机,并进行了试验测试。试验结果表... 为实现高可靠性及宽频带振动能量的回收,提出了一种单磁耦合式压电振动俘能器。建立了俘能器的动力学方程,采用COMSOL仿真分析了磁铁水平耦合距离d、竖直耦合距离h及耦合角α对势能的影响;设计制作了样机,并进行了试验测试。试验结果表明,俘能器的势能曲线随水平耦合距离d减小由单势阱变为双势阱,且存在较佳的磁铁水平耦合距离(d=11 mm),使双势阱的阱深适中、俘能器的固有频率减小、有效频带变宽;竖直耦合距离h增大对有效频带的影响较小,h≤2 mm时,相较于无磁耦合(NMC)降低了固有频率;仅改变耦合角α时,存在最佳参数组合(d=14 mm、h=6 mm、α=67.5°)使俘能器获得较低的固有频率(16 Hz)和较宽的有效带宽(19.6 Hz),较无磁耦合时的有效带宽拓宽了6 Hz,进而提高了俘能器的发电性能。 展开更多
关键词 磁耦合 振动俘能器 可靠性 磁调频 有效频带
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换向激励式压电振动俘能器 被引量：1
4
作者 阚君武 王凯 +4 位作者 孟凡许 费翔 张忠华 翟仕杰 祝孟松 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期371-379,共9页
为提高在低频、宽带、高强度及大振幅振动环境下的可靠性,提出一种换向激励式压电振动俘能器,它由拾振器和换能器组成。换能器的振动方向垂直于拾振器振动方向(环境振动方向),振动方向的转换通过磁力换向结构实现,换向结构使响应振幅不... 为提高在低频、宽带、高强度及大振幅振动环境下的可靠性,提出一种换向激励式压电振动俘能器,它由拾振器和换能器组成。换能器的振动方向垂直于拾振器振动方向(环境振动方向),振动方向的转换通过磁力换向结构实现,换向结构使响应振幅不随外部激励的增加而一直增加,从而提高可靠性。建立了俘能器的动力学模型,通过数值仿真和实验获得了相关参数对其输出特性的影响。仿真和实验结果表明:激励频率小于20 Hz时,该两自由度系统存在两阶谐振频率使输出电压达到峰值,一阶为拾振器谐振频率,二阶为换能器谐振频率。随着拾振簧片长度和拾振质量的增加,一阶谐振频率升高,所对应的输出电压基本不变;二阶谐振频率基本不变,所对应的输出电压逐渐升高;工作频带变宽。当外部激励振幅达到阈值时,换能器的响应振幅被有效控制,输出电压不再随之增加,最佳负载电阻为540 kΩ,此时输出功率最大为0.4 mW。实际应用中可通过改变俘能器的结构参数调整谐振频率及输出电压,将响应振幅控制在安全区域内,以适应低频、宽带、高强度及大振幅的工作环境。 展开更多
关键词 压电 振动俘能器 低频 换向激励 响应限幅
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宽频压电振动俘能器的研究现状综述 被引量：39
5
作者 徐振龙 单小彪 谢涛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期190-199,205,共11页
随着便携式电子设备、微机电系统(MEMS)和无线传感器网络的广泛应用,化学电池供能的弊端日益显现。压电振动俘能器可以将环境中的振动能转换成电能,实现低功耗微电子产品的无线供能或能量自给。在实际应用中,为了增强俘能器的环境适应能... 随着便携式电子设备、微机电系统(MEMS)和无线传感器网络的广泛应用,化学电池供能的弊端日益显现。压电振动俘能器可以将环境中的振动能转换成电能,实现低功耗微电子产品的无线供能或能量自给。在实际应用中,为了增强俘能器的环境适应能力,提高其俘能效率,宽频压电俘能技术成为当前的研究热点。介绍了压电振动俘能器的工作原理、常用压电材料和工作模式,综述了宽频压电俘能技术的国内外研究现状,分析了当前研究中存在的问题和不足,提出了未来可能的研究方向。压电振动俘能技术为低功耗微电子产品提供了一种稳定、安全、长久的新供能方式,具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 振动俘能器 压电式 宽频
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分段线性复合式振动俘能器的建模与实验 被引量：2
6
作者 王浩宇 杨欢 +1 位作者 彭利平 刘德洋 《机电工程》 CAS 北大核心 2020年第12期1459-1465,共7页
针对传统能量收集器的工作带宽窄和输出功率低等问题,对带有复合式俘能技术和非线性技术振动俘能器进行了研究。该俘能器将多个压电悬臂梁自由端共同连接线圈振子,获得多种换能方式,并引入了分段线性弹簧使系统具有拓展带宽的能力;对发... 针对传统能量收集器的工作带宽窄和输出功率低等问题,对带有复合式俘能技术和非线性技术振动俘能器进行了研究。该俘能器将多个压电悬臂梁自由端共同连接线圈振子,获得多种换能方式,并引入了分段线性弹簧使系统具有拓展带宽的能力;对发电装置开展了理论分析,将装置简化为固支-导支梁,利用欧拉-伯努利梁理论建立了Rayleigh-Ritz近似分布参数模型,然后利用等效参数转化为集总参数机电耦合模型。研究结果表明:理论值与实验值的一致性较好,非线性弹簧引入振动俘能器会在共振峰右侧产生次共振峰值拓展带宽;同时,输出电压随着负载的增大单调增加,输出功率随着负载的电阻增加逐渐增大到某个最值后降低,最大输出达到27.6 mW/g 2。 展开更多
关键词 振动俘能器 压电电磁 分段线性 机电耦合建模
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可调轴向力的振动压电俘能器建模与实验
7
作者 王浩宇 杨欢 +1 位作者 韩帅 彭利平 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第3期35-39,共5页
针对传统能量收集器的工作带宽窄和输出功率低等问题,对一种可调轴向力的双稳态振动压电俘能器进行研究。该俘能器将两个压电悬臂梁自由端通过附加质量连接为一个梁,通过测微调节器控制轴向压力使系统变为双稳态结构。利用非保守力的拉... 针对传统能量收集器的工作带宽窄和输出功率低等问题,对一种可调轴向力的双稳态振动压电俘能器进行研究。该俘能器将两个压电悬臂梁自由端通过附加质量连接为一个梁,通过测微调节器控制轴向压力使系统变为双稳态结构。利用非保守力的拉格朗日方程对压电俘能器进行发电分析,建立了机电耦合模型。利用PZT5H压电材料搭建实验样机和平台,进行了系统俘能特性的调查研究。实验研究结果表明,仿真值预测的结构特性与实验结果一致性较好,该结构能有效拓展低频发电带宽,压电扫频输出具有两个明显低频峰值。利用实验对系统的负载参数进行优化,双稳态系统的电压输出峰值能达到17V。 展开更多
关键词 振动俘能器 双稳态非线性 机电耦合建模
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基于滚压的悬架振动俘能装置设计与特性分析 被引量：5
8
作者 魏克湘 邹鸿翔 张文明 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期897-901,共5页
振动能量俘获装置能够回收路面不平引起的汽车悬架振动能量,为主动悬架提供动力,可有效降低主动悬架的能耗和使用成本。基于滚压原理,提出一种用于电动汽车自供能智能悬架的滚动压迫振动能量俘获装置概念设计。该装置通过滚珠滚压凸起... 振动能量俘获装置能够回收路面不平引起的汽车悬架振动能量,为主动悬架提供动力,可有效降低主动悬架的能耗和使用成本。基于滚压原理,提出一种用于电动汽车自供能智能悬架的滚动压迫振动能量俘获装置概念设计。该装置通过滚珠滚压凸起金属片的方式将上下的随机振动转换为幅值相对稳定的单向压力,使其中的压电材料受压变形,从而输出电压。笔者建立了滚动压迫俘获振动能量的理论模型,并对其在随机路况下的振动俘能效果进行了仿真分析。结果显示,该俘能装置占用空间小,在悬架的各种运动状态下,都能俘获振动能量,具有较高的俘能效率,能满足悬架实际应用。 展开更多
关键词 振动俘能器 滚动压迫 汽车悬架 能量回收
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水流管道压力脉动能量采集器实验研究
9
作者 曹东兴 段祥健 张伟 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1154-1161,共8页
为了实现压力管道智能监测与检测的自供电技术,探讨管道压力脉动能量采集技术,本文提出了一种具有力学放大器的增强型压电叠堆俘能器。基于牛顿力学原理理论推导了力学放大器的放大系数,利用有限元方法对俘能器进行了谐响应分析并讨论... 为了实现压力管道智能监测与检测的自供电技术,探讨管道压力脉动能量采集技术,本文提出了一种具有力学放大器的增强型压电叠堆俘能器。基于牛顿力学原理理论推导了力学放大器的放大系数,利用有限元方法对俘能器进行了谐响应分析并讨论了结构参数对输出电压的影响规律,通过实验研究了力学放大器与管道中的扰流体对俘能器俘能效率的影响。研究结果表明:通过调整力学放大器的结构能够有效提高俘能器的开路输出电压,在水流管道中添加扰流体有利于提高管道内压力脉动,进一步提高了俘能器的输出功率。本文的研究结果对压力管道能量收集器的设计和应用具有重要的借鉴意义。 展开更多
关键词 振动俘能器 流体管道 压力脉动 压电叠堆 力学放大器 扰流体 谐响应分析 阻抗匹配
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基于低功耗策略的自供电无线状态监测系统研究 被引量：7
10
作者 张浩凌 崔娟 +4 位作者 郑永秋 刘亚兵 杨路余 李刚 薛晨阳 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期412-418,共7页
大型机械设备的健康监测是判断设备工况与预估设备工作效能的关键手段之一。为了解决传统机械设备的健康监测装置受限于有线或电池供电而难以进行大面积、分布式安装与长期使用的问题,本文提出一种低功耗的自供电无线状态监测系统。采... 大型机械设备的健康监测是判断设备工况与预估设备工作效能的关键手段之一。为了解决传统机械设备的健康监测装置受限于有线或电池供电而难以进行大面积、分布式安装与长期使用的问题,本文提出一种低功耗的自供电无线状态监测系统。采用磁悬浮的电磁发电结构作为振动俘能器为系统供电,通过设计双电池智能充放电与动态功率管理策略,降低了系统功耗,提高了供电效率及系统可靠性。测试结果表明,本系统能够有效收集并高效分配利用采集到的振动能量,解决了无线监测装置的续航和数据传输问题,实现了对环境振动和温度信息的长期、可靠、实时采集与无线传输,为机械设备健康监测装置的分布式安装与在线监测提供了新方案。 展开更多
关键词 健康监测 自供电 无线传输 振动俘能器
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