Z型压电振动能量收集装置

• 作者: 丁永静 吴晓东 杜菲 陈南南 马天兵
• 来源期刊: 光学精密工程
• 学科: 工学
• 关键词: 压电振动 能量收集 Z型梁结构 宽频带 三维采集 非线性质量
• 年，卷（期）: 2019,（9）
• 页码范围: 1968-1980
• 页数: 13页
• 分类号: TN384
• 字数: 7046字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/OPE.20192709.1968

摘要

为解决压电振动能量收集结构难以同时满足宽频带、三维、高效采集等要求的问题,提出一种以Z型梁代替集中质量块的压电振动能量收集结构.通过Z型梁引入非线性质量,使收集器在低频范围内集中更多模态,拓宽采集频带.利用Z型梁结构的纵向和横向不稳定性实现收集器的三维度能量采集功能.分析了Z型梁在宽度增加后的动力学特性,探讨了压电片阵列排布的采集性能,并建立仿真模型和搭建实验平台,与螺旋形梁结构和经典悬臂梁质量块结构的动力学特性进行了对比.仿真及实验结果表明:当梁折叠层数为7层时,频率在50 Hz以内的模态数量达到了9个,在1～100 Hz间隔1 Hz的谐波激振下,Z型压电梁正向的采集电压一频率曲线峰值多达4个,且主要集中在0～40 Hz,最大开路电压达到16V,大大拓宽了采集频带;横向和纵向的最大开路电压峰值均在10 V以上,横向和纵向的采集电压频率曲线峰值数量均大于4个,实现了三维度能量采集,负载10 kΩ时最大输出功率达到了0.18 mW;在Z型梁宽度增加到100mm时,在200 Hz范围内模态数大于30个,双贴片串联采集电压曲线峰值多达4个,最大电压达到了14 V,验证了Z型梁适用于压电片阵列排布.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	杜菲	安徽理工大学机械工程学院	53	199	8.0	11.0
5	马天兵	安徽理工大学机械工程学院	82	289	9.0	14.0
9	陈南南	安徽理工大学机械工程学院	13	69	5.0	8.0
10	吴晓东	安徽理工大学机械工程学院	4	6	1.0	2.0
11	丁永静	安徽理工大学机械工程学院	1	0	0.0	0.0