压电超声波振子频率的外部振动频率接近在发电方面有什么好处

多悬臂梁压电振子频率分析及发电实验研究--《西安交通大学学报》2010年02期
多悬臂梁压电振子频率分析及发电实验研究
【摘要】:为了提高悬臂梁压电振子的发电能力,设计并制作了多悬臂梁压电振子,采用有限元方法对多悬臂梁压电振子的有效工作频率进行了仿真分析,并且进行了实验验证.在此基础上,对多悬臂梁压电发电装置进行了压电发电实验测试.研究结果表明,多悬臂梁压电振子工作的谐振频率范围为56~65 Hz,与实验结果基本吻合.相比于单悬臂梁压电振子,多悬臂梁压电振子能有效地拓宽其谐振频带并提高压电发电能力.当多悬臂梁压电振子外接负载为820Ω、工作频率为60 Hz时,多悬臂梁压电发电装置的最大输出功率达到4.9 mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求.
【作者单位】:
【基金】:
【分类号】:TN384【正文快照】:
随着无线网络、MEMS和便携式电子设备的应用日益广泛,使用化学电池供能的方式存在诸多弊端,如体积大、质量大、供能寿命有限、需要定期更换,以及由此所带来的材料浪费、环境污染等问题.尤其对于目前发展日益迅速的无线网络和嵌入式系统来说时,电池供电的这种缺陷更加明显.在
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本发明公开了一种用于振动发电的矩形悬臂梁压电振子优化设计有限元方法,包括以下步骤:1)建立矩形悬臂梁压电振子的有限元模型;2)仿真分析压电振子的几何尺寸和质量块大小对其发电量的影响规律;3)仿真分析压电振子的几何尺寸和质量块大小对其固有频率的影响规律;4)结合实际中给定的使用空间和振动频率大小,根据步骤2)、3)确定压电振子的最优几何尺寸和质量块大小。本发明能够得到矩形悬臂梁压电振子的各参数及质量块大小与其产生电压和固有频率之间的关系,为设计与环境产生共振的最优压电振子结构提供依据,适用于其他形状的悬臂梁压电振子优化设计过程。
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G06F17/50,G06F17/00,G,G06,G06F,G06F17
G06F17/50,G06F17/00,G,G06,G06F,G06F17
申请(专利权)人:
中国人民解放军国防科学技术大学
发明(设计)人:
陈仲生,杨拥民,邓冠前,陶利民
主申请人地址:
410073湖南省长沙市开福区德雅路228号
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1、一种用于振动发电的矩形悬臂梁压电振子优化设计有限元方法,其特征在于包括以下步骤:1)建立矩形悬臂梁压电振子的有限元模型;2)仿真分析压电振子的几何尺寸和质量块大小对其发电量的影响规律;3)仿真分析压电振子的几何尺寸和质量块大小对其固有频率的影响规律;4)结合实际中给定的使用空间和振动频率大小,根据步骤2)、3)确定压电振子的最优几何尺寸和质量块大小。
法律状态:
公开 ,实质审查的生效 ,发明专利申请公布后的视为撤回
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&&8:00-11:30,13:00-17:00(工作日)基于Cymbal型压电振子的轨道振动能量回收发电性能优化研究--《上海工程技术大学》2016年硕士论文
基于Cymbal型压电振子的轨道振动能量回收发电性能优化研究
【摘要】:城市大发展伴随着轨道交通行业的蓬勃升起,无线传感器、道旁安全监测小功率发射器等轨旁设备越来越多的出现在安全信号系统中。各地发展水平的差异,供电设备架设成本有明显区别。山区欠发达交通不便地区成本很高,使得此类安全设备普及使用带来成本阻力。本研究通过研究利用列车轨道振动能量通过压电转换获得电能,为这些道旁用电设备提供可靠能源。一方面获得可靠的供电方式,一方面响应国家新能源政策战略。针对列车运行引起的振动能量回收研究是对于列车运行线路用电设备普及使用具有重要意义。本研究对整个轨道列车振动能量回收系统首先进行了理论建模,然后在满载工况激励作用下使用软件进行了模拟仿真,最后依靠实验台对模型进行实验验证。本研究分别进行了以下工作。1.根据对本研究中机电转换模式的研究分析。采用压电材料作为机电转换的基础,据据车辆轨道振动的大应力、低频载荷的特点选取Cymbal型压电振子作为机电转换装置单元。2.基于D型压电方程,对Cymbal型压电振子建立了机电转换模型。根据受大应力特点设计了压电振子组件回收振动能量,通过软件仿真获得在列车重载荷激励作用下机电转换装置的电学输出特性。3.最后进行了轨道振动能量回收系统的实验验证。加工制作完成了25个Cymbal型压电振子的压电组件结构装置,通过利用轨道振动能量回收试验平台,在列车重载条件下和不同电学负载的条件下。通过示波器采集电学输出数据,获得实验验证电学输出特性参数。最后的实验数据结果与理论仿真数据结果对比,在允许的波动误差范围内。对比结果获得了较好的一致性。充分验证了轨道振动能量回收系统模型建立是可行的,理论模型仿真也是可靠的。理论模型仿真数据结果表明;在真实列车满载工况下,100个Cymbal型压电振子电学并联组成的压电振子组件开路输出电压峰值在600V左右,在最优负载下输出功率为1.46W。实验验证设计制作了25个Cymbal型压电振子组件,通过利用试验台验证。最后验证实验数据表明,25个Cymbal型压电振子组件的开路输出电压范围在60V~100V之间,在最优负载下输出功率为296.5μW;最后基于实验平台与真实列车运行缩小比例,通过一系列系数折算。获得折算数据结果与模型理论仿真数据结果在一定误差允许范围内较为近似。本研究寻找了一种新的轨道列车垂向振动能量回收方法,研究获得的模型及数据结果为轨道列车垂向振动能量回收系统提供了可靠理论依据。
【学位授予单位】:上海工程技术大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2016【分类号】:U211.3;TM619
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来源:  作者:李莉;王丽坤;秦雷;
薄圆桶压电振子的弯曲振动分析  0引言弯曲振动是压电器件常用的一种振动模态,特别是金属片和压电陶瓷片构成的单晶片弯曲振动
压电振子由于其具有谐振频率低,带宽施加阻z尼易于扩展,结构简单,尺寸小、重量轻,性能稳定可靠等特点,被广泛应用于各种压电式压力传感器及超声、水声换能器中[1]。薄圆筒压电振t子是对单晶片弯曲振动换能器结构上的改进,薄金属桶壳即将压电圆片粘合在一圆桶状金属外壳底部L压电圆片(如图1所示),当压力作用到金属外壳底面,外a壳带动压电片变形,由于压电片的压电效应,将αhβa作用的压力转换为电信号,经过放大、测量输出信号,即可检测外壳所受的压力情况。该压电振hr子主要用于接触式动态压力检测,与单晶片结图1薄圆桶压电振子结构构相比,桶底平面可充分接触压力源,有助于提Fig.1 Structure of the piezoelectric vibrator with thin barrel shell高检测灵敏度。另外该元件的桶壳可作为传感器的外壳,大大简化了传感器结构[2]。本文主要通过理论分析推导薄圆桶压电振子的弯曲振动谐振频率方程,分析压电振子谐振特性与其材料、结构参数的关系,以便为该类传感器的研制提供(本文共计10页)          
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