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《不对称悬臂梁压电发电装置的实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第32卷第4期压电与声光Vol.32No.42010年8月PIEZOELECTRICS&ACOUSTOOPTICSAug.2010文章编号:10042474(2010)04060803不对称悬臂梁压电发电装置的实验研究单小彪,袁江波,谢涛,陈维山(哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:为了解决电池为低功耗电子产品供能存在的诸多问题,研究了不对称悬臂梁压电发电机的发电性能,利用有限元方法分析了压电晶体重合度对压电振子输出电压的影响关系,得出了压电晶体最佳重合
2、度并进行了实验验证。研究结果表明,不对称压电振子结构优于完成对称的压电振子结构,当压电晶体间重合度为0.2时,悬臂梁压电振子的输出电压最大,实验结果与有限元分析吻合。当压电振子在负载电阻为15k时,此时负载与压电振子内阻匹配良好,输出功率达到最大,(为6.8mW),产生的能量能满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求。关键词:不对称压电振子;发电;重合度中图分类号:TN3文献标识码:AExperimentalStudyonPiezoelectricGeneratorwithAsymmetricC
3、antileverSHANXiaobiao,YUANJiangbo,XIETao,CHENWeishan(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:Inordertomeasureandstudytheelectricitygeneratingperformanceofthepiezoelectricceramics(PEC),ameasurin
4、gsystemfortheelectricitygeneratingcapacityofthePECwasdeveloped.Anasymmetricpiezoelectriccantileverwasdesignedandtheeffectofoptimalcoincidenceratios(OCR)onthepiezoelectriccantileverwasanalyzedbyfiniteelementanalysis(FEM).Theresultsshowedthattheoutputvolta
5、geandpowerwasmaximalattheresonancefrequency.TheOCRofthepiezoelectriccantileverwas0.2byFEM.Nevertheless,theelectricalpowerdecreasedwhentheloadresistancewasfurtherincreased.Amaximaloutputpowerofabout6.8mWcouldbeobtainedfromthepiezoelectriccantileveratthere
6、sonancefrequencyacrossaresistiveloadof15k.Thispowerlevelisalreadyenoughforsomewirelesscommunicationsystemssuchasthenetworksensors.Keywords:asymmetricpiezoelectriccantilever;electricalenergygeneration;optimalcoincidenceratio随着集成电路、微机电系统和便携式电子设备实验验证,并对
7、具有最佳重合度的悬臂梁压电振子的应用日益广泛,以化学电池为其主要供能方式存进行了压电发电能力测试。在体积大,质量大,供能寿命有限,需定期更换,及由1不对称压电振子结构及工作原理此所带来的材料浪费,环境污染等问题,因此,如何图1为不对称悬臂梁压电振子的结构示意图。为这些低耗能的电子产品供能,已成为迫切需要解压电振子由金属基板、压电片和支座组成,金属基板决的问题。根据能量转换机理的不同,获取电能的[1][2][36]上下层分别粘贴压电材料,压电片不对称粘贴,并在有效方法可利用电磁式、静电式和压电式等压电
8、层和金属基板分别引出电极,由于压电片不对3类,与其他的发电原理相比,压电发电具有结构简称粘贴,在压电振子受到外界振动时,相比于对称粘单,不发热,无电磁干扰,无污染和易实现机构的微[5]贴的压电振子,压电晶体间的自由电荷相互束缚力型化、集成化等诸多优点而成为目前研究的热点。更小,易产生更多的电能。悬臂梁的一端固定在支悬臂梁式压电发电机具有低频、能量转换效率高等座上,另一端随着环境的振动源自由振动。其中L1优点而被广泛研究,但以往主要侧重于对称
