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悬臂梁式压电振动能采集器的建模及实验验证
  • ISSN号:1004-924X
  • 期刊名称:光学精密工程
  • 时间:2011
  • 页码:1771-1778
  • 分类:TN384[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[1]重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400044, [2]重庆大学微系统研究中心,重庆400044
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(No.61076106); 高等学校科技创新工程重大项目培育基金资助项目(No.708072); 国家863高技术研究发展计划资助项目(No.2008AA04Z310)
  • 相关项目:基于风致振动机理的MEMS微型风力发电机研究
中文摘要:

为了根据环境振动和电学负载的特点对悬臂梁式微型压电振动能采集器进行优化,本文考虑质量块质心与悬臂梁末端的位置差异,建立了在基础激励作用下采集器的运动微分方程和边界条件。通过引入常数,建立了对单压电层、双压电层并联和双压电层串联的3个悬臂梁式微型压电振动能采集器均适用的耦合电路方程,得到了采集器固有频率和振型的表达式,推导了简谐基础激励和任意基础激励作用下的输出电压表达式。实验结果显示,对于3个振动能采集器样机而言,以上固有频率和输出电压表达式的相对误差分别小于10%和20%,表明该模型基本满足微型压电振动能采集器优化设计的要求。

英文摘要:

To optimize cantilevered piezoelectric vibration energy harvesters according to the characters of the environmental vibration and the electrical loads,a differential equation of motion and the boundary conditions for a cantilevered piezoelectric vibration energy harvester were established in consideration of the position difference between the center of proof mass and the free end of cantilever.A uniform coupled circuit equation applicable to the harvesters with one piezoelectric layer,two series connected piezoelectric layers and two parallel connected piezoelectric layers was developed by introducing several constants,and the expressions of the natural frequencies and corresponding mode shapes were obtained.Furthermore,the closed-form expressions of the output voltages were derived for harmonic base accelerometer excitations and arbitrary base accelerometer excitations.Experimental results indicate that the relative errors of the natural frequency expression and the output voltage expression are smaller than 10% and 20% respectively for three harvester prototypes,which shows that the model satisfies the requirements of optimizing harvesters.

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期刊信息
  • 《光学精密工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会
  • 主编:曹健林
  • 地址:长春市东南湖大路3888号
  • 邮编:130033
  • 邮箱:gxjmgc@sina.com;gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 电话:0431-86176855 84613409传
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-924X
  • 国内统一刊号:ISSN:22-1198/TH
  • 邮发代号:12-166
  • 获奖情况:
  • 三次获得“百种中国杰出学术期刊”,2006年获得中国科协择优支持基金,2007年获“吉林省新闻出版精品期刊奖”,2008年获“中国精品科技期刊”,2012年《光学精密工程》看在的3篇论文获得中国百...,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:22699