悬臂梁压电浮能器概要与认识资料

1、 悬臂梁压电浮能器概要(giyo)与认识 共三十四页浮能器的应用领域图1.1 俘能器应用领域共三十四页共三十四页共三十四页压电效应(y din xio yng)与反压电效应(y din xio yng)共三十四页压电材料(cilio)极化压电材料一般需要进行(jnxng)极化之后才能有效的俘获能量。极化是在某一温度下对压电材料的两个表面加以一段时间的直流电压实现的。极化之后，剩余极化出现，电荷在电极上积累，因此就具有了压电性。该过程中偶极子的移动示意图共三十四页压电效应(y din xio yng)模式 三种(sn zhn)模式压电效应 (a) d33模式 (b) d31模式 (c) d15模

2、式共三十四页 悬臂梁压电浮能器模拟(mn)结构共三十四页 宾夕法尼亚州立大学研制的铙钹换能器是一种夹心式压电浮能器装置。该 装置主要由钢帽和压电片构成。压电片陶瓷片的上下两端都与钢帽粘合，通过钢帽的的振动迫使压电陶瓷承受环交变力从而产生交变电压。测试结果表明在外力为100N左右、频率为100-200Hz的环境(hunjng)下，对其施加70N的交变力载荷若负载电阻为400、则可以获得52mW功率。共三十四页共面串联(chunlin)模型和单晶片模型共三十四页 可集成悬臂梁压电浮能器模拟(mn)单元共三十四页 基于(jy)ANSYS的器件有限元建模，网格划分(a)和模态变形(b)共三十四页ANS

3、YS分析矩形(jxng)压电片应力共三十四页ANSYS分析(fnx)矩形压电片电压共三十四页 不同模态谐振(xizhn)频率下的结构响应(a) 第一(dy)阶模态(a) 第四阶模态(a) 第三阶模态(a) 第二阶模态共三十四页 压电浮能器机电(jdin)耦合系统模拟共三十四页Experimental setup for demonstration of the effect of strain nodes on the voltage output共三十四页共三十四页悬臂梁压电浮能器的实验(shyn)仿真Experimental set-up for the one-stage energy

4、harvestingscheme共三十四页Figure 10. Agenerator prototype made from PZT-5A.Figure 11. Thepiezoelectric generator mounted into a vibrometerused for testing.共三十四页Connection between the electrostatic shaker (as the part that moves the system), the clamping device, and the energy harvester device with proof

5、mass I. Energy harvester device is electrically wired through electrical leads in order to pull the voltage/current off as shownin the left.共三十四页压电俘能性能(xngnng)测试仪器Tektronix AFG 3021B信号(xnho)发生器 YE5871A功率放大器JZK-5振动台Tektronix TDS 1002数字示波器共三十四页性能(xngnng)测试现场共三十四页实验数据测量(cling)与分析共三十四页在RL=1M下d15与d31频率(p

6、nl)输出特性比较共三十四页问题(wnt)与思考1.怎么降低压电浮能器的谐振频率，由于自然环境中大部分能量为低频能量2.怎么在低频条件下获得多个谐振频率3.怎么实现自适应谐振频率压电浮能器4.怎么优化结构实现高的机电耦合系数和输出电压及功率5.怎么获得高效的整流电路(dinl)6.怎么开发高效的储存电路共三十四页下一步(y b)工作了解悬臂梁的理论建模了解各模拟态下理论计算熟悉悬臂梁各参数(cnsh)对实验结果的影响并计算熟悉实验流程及操作，为去大连实验做准备共三十四页 Cho J, Anderson M,Richards R, et al.Optimization of electromec

7、hanical coupling for a thin-film PZT membrane II ExperimentJ. Journal of Micromechanics and Microengineering.2005,15(10): 1804-1809 Challa VR,Prasad MG,Shi Y,et al.A vibration energy harvesting device with bidirectional resonance frequency tunability.Smart Materials and Structures.2008, 17:015035. 共三十四页共三十四页共三十四页共三十四页共三十四页共三十四页内容摘要悬臂梁压电浮能器概要与认识。压电效应与反压电效应。基于ANSYS的器件有限元建模，网格划分(a)和模态变形(b)。(a) 第二阶模态。Figure 11. Thepiezoelectric generator。in