带铰接分流板的碰撞式压电风能采集器

摘要

无线传感网络的节点数目庞大、分布区域广、工作环境恶劣和工作周期长特点使得传统电池难以满足其需求，将环境能转换为电能的微能源成为其理想的电源。风能是自然界中广泛存在的绿色可再生能源，针对无线传感网络等的需求，开展工作于中低风速下的微型风能采集器研究具有重要意义。
　　论文在压电式振动能采集器理论模型基础上，采用集总参数模型对基于碰撞的压电式能量采集器的建模方法进行了研究，提出了带铰接分流板的碰撞式压电风能采集器新结构，制作了带铰接分流板的碰撞式风能采集器原理样机，并在小型风洞内进行了测试。本文主要开展了以下研究：
　　(1)在阅读文献基础上，对微型振动能采集器和微型风能采集器的研究现状和发展趋势进行了总结分析；
　　(2)利用集总参数建模方法得到了压电悬臂梁受到球体横向碰撞时的运动微分方程和耦合电路方程，并将模拟结果与实验结果进行了对比；
　　(3)受国内外利用分流板抑制钝体振动研究的启发，提出了两种带铰接分流板的碰撞式风能采集器新结构，并对其工作原理进行了分析；
　　(4)制作了碰撞式微型压电风能采集器原理样机，并在小型风洞内进行了测试，实验结果表明，分流板和压电悬臂梁的间距越小，临界风速越低，在分流板自由端或压电悬臂梁自由端安装质量块可以提高低风速段的输出；
　　(5)分流板与压电片碰撞的原理样机在15m/s风作用下的最大输出功率为64μW，分流板与MEMS压电能量采集单元碰撞的原理样机在13m/s风作用下的最大输出功率为227.5nW，带MEMS压电能量采集单元的分流板与挡块碰撞的原理样机在15m/s风作用下的最大输出功率为65.5nW。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 微型振动能采集器和风能采集器国内外研究现状

1.3 论文的研究意义及主要内容

1.4 本章小结

2 基于碰撞的压电式能量采集器原理及建模

2.1 引言

2.2 悬臂梁的横向碰撞响应

2.3 压电悬臂梁与球体碰撞耦合电路方程

2.4 不同参数对采集器输出功率的影响

2.5 本章小结

3 带铰接分流板的碰撞式压电风能采集器结构设计

3.1 引言

3.2 风能和风致振动

3.3 风能采集器结构设计

3.4 本章小结

4 带铰接分流板的碰撞式压电风能采集器加工及实验研究

4.1 引言

4.2 MEMS振动能采集器加工及测试

4.3 风能采集器原理样机加工组装

4.4 小型风洞实验平台

4.5分流板与振动能采集器单元碰撞原理样机实验研究

4.6分流板与挡块碰撞原理样机实验研究

4.7 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录