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阶梯梁式压电振动能量采集器的输出特性研究与结构优化

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随着微电子和MEMS技术的不同进步,大批低功耗电子器件不断涌现,微能量采集技术由于其有望实现电子元器件的自供能、持久续航、低维护成本等而备受人们关注.其中,基于压电材料的机电转换特性研究机械振动能转化为电能是能量采集技术中关注度最高的一种能量采集方式.压电式振动能量采集器的工作原理是,在外部振动激励作用下,环境中的振动能转换为器件中压电层的应变能,压电材料利用其本身的正压电效应,将应变能最终转换为电能,并通过电极供给终端.与传统的能量采集技术相比,压电能量采集器具有结构简单、能量密度高、可靠性高、无电磁干扰、易于微型化且易与MEMS加工工艺相兼容等优点.本文主要研究PZT压电陶瓷(PZT-5H)沿悬臂梁长度方向的结构参数对振动能量采集的输出性能影响,以期优化悬臂梁式能量采集器的结构设计,提高能量转化效率.首先,压电能量采集器的三维结构模型,通过有限元分析软件COMSOL Multiphysics对模型进行仿真分析,探究同一振动激励条件下不同PZT布置长度对能量采集器的频率、闭路输出电压、内部阻抗以及可实现的最大功率的影响,进而分析能量转化效率的变化.本文所获得的仿真结果与规律,可用于优化器件的结构设计和尺寸参数,从而指导制备高性能悬臂梁式压电振动能量采集器.

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来源
《中国力学大会2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会》||1-9|共9页
会议地点北京
作者
易志然; Zhiran Yi; 胡意立; Yili Hu; 杨斌; Bin Yang;
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作者单位

中国力学学会;

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会议组织
正文语种
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中图分类
关键词
振动能量采集器; 悬臂梁; PZT压电陶瓷; 输出特性; 结构优化;

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