基于碰撞升频的MEMS压电振动能量采集系统

• 作者: 侯诚 刘会聪 孙立宁 李云飞 杨湛 王凤霞 陈涛 黄曼娟
• 来源期刊: 固体力学学报
• 关键词: MEMS 压电 振动能量采集器 碰撞升频机制 非线性
• 年，卷（期）: 2019,（5）
• 页码范围: 478-487
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2019.021

摘要

论文提出了一种基于碰撞升频机制的微型压电能量采集系统,由一对共振频率不同的悬臂梁平行叠放组成.在外界低频振动激励下,底部低频S形金属曲梁产生共振,在运动过程中碰撞顶部高频微型压电直梁,从而将低频环境振动转换为高频压电梁的振动,解决了压电直梁的固有频率与外界激励频率不匹配问题.论文建立了压电悬臂梁受迫振动、压电悬臂梁与金属悬臂梁碰撞耦合振动的动力学模型,讨论了压电悬臂梁的电压输出特性.通过实验测试了压电能量收集系统和单个压电悬臂梁的开路电压并计算了输出功率,结果表明当振动加速度为1.0g时,升频式压电能量采集系统在25 Hz的激振下输出功率达到8.6 μW,高于单个压电悬臂梁的最大输出功率.