压电纤维复合材料悬臂梁发电性能分析.pdf

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1、46传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第3期压电纤维复合材料悬臂梁发电性能分析王红艳，谢涛，王志彬‘(1．哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001：2．齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院。黑龙江齐齐哈尔161006)摘要：研究了压电纤维复合材料悬臂梁俘能器的电学特性，使用有限元法分析了叉指型电极结构尺寸、压电纤维和基板材料厚度对输出电压的影响，并将同等尺寸的以。和如模式压电纤维材料悬臂梁俘能器发电能力进行对比分析。结果表明：又指电极结构尺寸

2、对工作于模式的压电纤维材料悬臂梁俘能器输出电压影响较大。模式俘能器具有能产生高电压、低电流值的特点，当压电纤维和基板材料的最佳厚度比为0．75时，俘能器产生电荷量最大。而以模式俘能器具有能产生低电压、高电流值的特点，当压电纤维和基板材料的最佳厚度比为0．6时，俘能器的输出电压最大。相对于以。模式压电纤维材料，工作于d3。模式压电纤维材料更适合作为发电材料使用。关键词：压电纤维复合材料；交叉指电极；悬臂梁；俘能器中图分类号：TN384；TP211文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)03-0046-041E⋯

3、lectri●cal_oertnOrmanceanalysi●s0InDl●eZ0el■eCtJrl●Cn埘lDercompositescantileverWANGHong—yanl1．XIETao．WANGZhi．bin(1．SchoolofMechanicalandEJectricalEngineering。HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China；2．CollegeofComputerandControlEngineering，QiqiharUniversity，Q

4、iqihar161006，China)Abstract：Theelectricalcharacteristicssimulationofpiezoelectricfibercompositescantileverenergyharvesterisstudied．TheefectofinterdigitalelectrodedimensionandthethicknessratioofpiezoelectricfiberstothemetalplateonoutputvoltageisanalyzedbyFiniteElem

5、entAnalysis(FEA)Method．Theelectricitygeneratingpowerofthesamedimensionpiezoelectricfibercantileverenergyharvester(以3and如1mode)isanalyzed．Theresultshowsthattheoutputvoltageofthe如modeisaffectedgreatlywhentheinterdigitalelectrodedimensionischanged．Themodeenergyharves

6、tergeneratedhigheroutputvoltagebutloweroutputcurrentthanthed3lmodeenergyharvester．Whenthethicknessratioof如3modeis0．75，theharvestergeneratesthelargestquantityofcharge．Whenthethicknessratioofd31modeis0．6，theoutputvoltageoftheharvesteristhehighest．The以lmodepiezoelect

7、ricfibermaterialismoresuitableforusingaspowergenerationmateria1．Keywords：piezoelectricfibercomposites；interdigitatlelectrodes；cantileverbeam；energyharvester0引言和磁致伸缩式J。其中，压电式俘能器具有结构简单、不随着无线传感器、无线通信网络以及MEMS技术的不发热、无电磁干扰、易于实现机构的微小化和集成化等诸多断发展，以化学电池为主的供能方式显示出体积大，质量优点，并因

8、能满足低耗能产品的供能需求而成为目前研究大，供能寿命有限，难以在危险作业场合更换电池等诸多弊的热点。端，寻找替代能源已成为亟待解决的问题。机械振动能是压电俘能器主要利用压电单晶材料的或如压电系广泛存在于自然界中的一种能量(如，运转的设备、飞机、数进行振动能俘获J，由于压电单晶材料存在许多缺陷，汽车、建筑