基于压电—电磁机理的微型复合振动能量收集器关键技术

《基于压电—电磁机理的微型复合振动能量收集器关键技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于压电-电磁机理的微型复合振动能量收集器关键技术重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：莫技科指导教师：温志渝教授专业：仪器科学与技术学科门类：工学重庆大学光电工程学院二O一五年四月KeytechnologiesofmicrohybridvibrationenergyharvesterbasedonpiezoelectricandelectromagneticAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequiremen

2、tfortheMaster’sDegreeofEngineeringByMoJikeSupervisedbyProf.WenZhiyuSpecialty:InstrumentScience&TechnologyCollegeofOptoelectronicEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要基于环境振动能的微型振动能量收集器已成为解决各种超低功耗微电子器件与系统微电源的使能技术，如何进一步提高微型

3、能量收集器输出功率，是近年来的研究热点，论文将开展基于压电-电磁机理的微型复合振动能量收集器关键技术研究，具有重要的科学意义和需求背景。论文针对微型振动能量收集器存在输出功率和输出电压低难以满足应用需求的问题，提出了一种共用带永磁体质量块的MEMS压电悬臂梁阵列和感应线圈构成的压电-电磁微型复合振动能量收集器新结构；分析了基于压电-电磁机理的微型复合振动能量收集器的结构和工作原理，基于压电悬臂梁集总参数模型和法拉第电磁感应定律对压电转换部分和电磁转换部分进行了理论分析，确定了MEMS压电悬臂梁阵列和感应线

4、圈的主要结构参数，完成了微型复合振动能量收集器结构的优化设计；基于PZT薄膜制备方法和MEMS工艺制定了MEMS压电悬臂梁阵列加工工艺流程；基于印刷电路板技术研制出感应线圈样品；设计了微型复合振动能量收集器的封装管壳，成功研制出原理样机。制定了测试方案，并搭建了测试平台，完成了原理样机的性能测试与分析。测试结果表明：在0.3g加速度、56.4Hz的振动激励下，样机的最大总输出功率达55.57μW；论文提出的MEMS压电悬臂梁阵列结构显著的提高了输出电压；压电-电磁复合转换机理有效的提高了输出功率。论文主要

5、工作是：①分析了微型振动能量收集技术的国内外研究现状以及存在的科学与技术问题，确定了论文的研究目标和研究内容；②针对微型振动能量收集器普遍存在输出功率和输出电压低难以满足应用需求的问题，提出了一种带共用永磁体质量块的MEMS压电悬臂梁阵列和感应线圈（感应线圈放置在永磁体上下方）构成的，基于压电-电磁机理的微型复合振动能量收集器的新结构；基于压电悬臂梁集总参数模型和法拉第电磁感应定律对压电转换部分和电磁转换部分进行了理论分析，分析了影响微型复合振动能量收集器输出性能的主要因素；③基于ANSYS和Maxwel

6、l3D软件，进行了微型复合振动能量收集器结构参数的优化，完成了压电悬臂梁的梁长与梁厚、永磁体尺寸、感应线圈的线宽与厚度以及永磁体与线圈的静态间距等参数的优化，确立了基于压电-电磁机理的微型复合振动能量收集器的结构参数；④研究了PZT薄膜制备方法，制定了MEMS压电悬臂梁阵列的加工工艺流I重庆大学硕士学位论文中文摘要程；设计制作了多层低内阻感应线圈；完成了微型复合振动能量收集器封装管壳的设计与制备，研制出了基于压电-电磁机理的微型复合振动能量收集器原理样机；⑤研究了基于压电-电磁机理的微型复合振动能量收集器

7、测试方法；搭建了微型振动能量收集器测试平台，完成了样机在不同工作状态下输出性能的测试与分析。测试结果表明：研制出的样机在0.3g加速度、56.4Hz的振动激励下，外接最优化负载时，MEMS压电悬臂梁阵列的负载电压为3245mV，输出功率为33.97μW；上线圈的负载电压为46.7mV，输出功率为7.52μW；下线圈的负载电压为65mV，输出功率为14.08μW，总输出功率达55.57μW。实验结果表明，该结构有效的提高了输出功率和输出电压。关键词：MEMS，压电效应，磁电效应，振动，复合能量收集器II重庆

8、大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTRecently,microvibrationenergyharvesterbasedonenvironmentalkineticenergyhasbecomeanenablingtechnologywhichcansolvethepowersupplyproblemofvariousultralowpoweredmicroelectronicdevicesandsystems.Howe