【摘 要】
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随着无线传感器的发展,其传统化学电池供能方式存在的诸多问题逐渐暴露出来。为解决这一问题,许多专家学者将目光转向了其他供能方式,包括太阳能供电、风能供电、振动能供电等方式。振动能在环境中广泛存在,压电式振动俘能装置因其能量密度大、易于集成而受到广泛关注。环境中的振动往往具有宽频带和随机性的特点,利用磁力产生非线性来拓宽工作频带是目前有效的方式之一。只有当激励加速度水平达到一定程度时,传统双稳态系统才
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随着无线传感器的发展,其传统化学电池供能方式存在的诸多问题逐渐暴露出来。为解决这一问题,许多专家学者将目光转向了其他供能方式,包括太阳能供电、风能供电、振动能供电等方式。振动能在环境中广泛存在,压电式振动俘能装置因其能量密度大、易于集成而受到广泛关注。环境中的振动往往具有宽频带和随机性的特点,利用磁力产生非线性来拓宽工作频带是目前有效的方式之一。只有当激励加速度水平达到一定程度时,传统双稳态系统才能获得宽频的俘能性能。针对这一问题,本文提出了一种新型压电俘能器,主要工作如下:（1）、提出了一种耦合双梁非线性压电俘能器。以线性系统的集中参数模型和双稳态系统的集中参数模型为基础,建立了耦合双梁非线性压电俘能器的数学模型。利用机械振动相关理论和压电材料相关理论推导出耦合双梁非线性压电俘能器的机电耦合方程。（2）、通过MATLAB进行仿真分析。分别研究了传统双稳态系统和耦合双梁非线性压电俘能器的幅频响应。研究了耦合双梁非线性压电俘能器在不同耦合弹簧刚度下的俘能特性,得出了系统俘能特性随刚度变化的规律。（3）、对耦合双梁非线性压电俘能器进行了实验研究。首先搭建了实验装置,分别测试了传统双稳态系统和耦合双梁非线性压电俘能器的俘能性能,得到了不同频率下的输出电压。改变耦合双梁非线性压电俘能器的耦合弹簧刚度,测试了不同刚度下系统输出电压。实验结果表明:耦合双梁系统可以降低双稳态系统阈值,在0.3g加速度激励下可以实现高能阱间振荡,而传统双稳态系统只有在0.62g加速度激励下才可以实现高能阱间振荡。在同等激励水平下,耦合双梁系统将工作带宽拓宽了140%。实验结果验证了仿真分析。
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