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1～100Hz间隔1Hz的谐波激振下,Z型压电梁正向的采集电压-频率曲线峰值多达4个,且主要集中在0～40Hz,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10V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10kΩ时最大输出功率达到了0.18mW;在Z型梁宽度增加到100mm时,在200Hz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14V,验证了Z型梁适用于压电片阵列排布。
类型: 期刊论文
作者: 马天兵,陈南南,吴晓东,杜菲,丁永静
关键词: 压电振动,能量收集,型梁结构,宽频带,三维采集,非线性质量
来源: 光学精密工程 2019年09期
年度: 2019
分类: 工程科技Ⅱ辑
专业: 电力工业
单位: 安徽理工大学机械工程学院,安徽理工大学矿山智能装备与技术安徽省重点实验室
基金: 国家自然科学基金资助项目(No.51305003),安徽省博士后基金项目(No.2017B172),安徽理工大学国家自然基金预研项目(No.2016yz004)
分类号: TM619
页码: 1968-1980
总页数: 13
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