双晶悬臂梁式压电换能器建模与结构参数分析.pdf

《双晶悬臂梁式压电换能器建模与结构参数分析.pdf》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、38传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2013年第32卷第5期双晶悬臂梁式压电换能器建模与结构参数分析朱波，刘文波(南京航空航天大学自动化学院。江苏南京210016)摘要：针对如何提高悬臂梁压电发电效率的问题，通过对压电换能器进行力学分析并建立了一个电路等效模型，从而得到了悬臂梁谐振角振频率和输出功率的计算公式。通过代入数值进行计算仿真得出结构参数对输出功率的影响的曲线。通过分析得出：在设计悬臂梁的结构参数时尽量在结构强度允许的条件下选择更重的附加质量

2、块，电极长度和梁的长度比值为0．8，压电陶瓷和金属层厚度比为0．25，能提高换能效率等结论。关键词：压电换能器；悬臂梁结构；参数分析中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)05-0038-03Modelingandanalysis0nstructuralparameterofbimorph·●’■‘●·‘Jcantileverbeampiezoelectricenerl乏VC0nVerl

3、erZHUBo．LIUWen-bo(SchoolofAutomationEngine

4、ering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Aimingatproblemofhowtoimprovetheeficiencyofpiezoelectricofcantileverbeam，throughdynamicsanalysisonpiezoelectricenergyconvener，andsetupacircuitequivalentmodelandobtaincalculati

5、onformulaofcantileverbeamharmonicanslcvibrationfrequencyandoutputpower．Throughnumericalsubstitutionandcalculationsimulation，influencecurveofstructureparametersonoutputpowerisobtained．Throughanalysisitshowsthatinthedesignofthecantileverbeamstructureparamete

6、rs，aspossibleasinstructuralstrengthallowedconditions，choosethemoreheavieradditionalquMi~block，electrodelengthandbeamlengthratiois0．8，piezoelectricceramicandmetallayerthicknessratiois0．25，whichcanimproveconversioneficiency．Keywords：piezoelectricenergyconven

7、er；cantileverbeamstructure；parameteranalysis0引言境中大多数振动源的频率在400Hz以下，即属于低频范无线传感器网络节点一般可能处在野外恶劣环境中，围。这严重限制了压电换能器的发展和应用。通过将压电不便更换电池，因此，人们正在寻找一种长期有效的能量采材料和金属材料结合形成悬臂梁结构，并在末端附上质量集技术来保证传感器的电源需求，实现长期有效的供电，从块以降低谐振频率，能较好地解决这个矛盾。目前主要采而延长无线传感器的使用寿命。环境中振动是普遍存在用双晶悬臂梁式的结

8、构，实现从振动源获取能量的目的。的，收集环境振动能量为消耗电量低的网络传感器等微机为进一步提高悬臂梁的发电效率，建立系统压电模型与参电系统提供一种长久的能源，并有可能取代电池。此项研数优化分析的方法是压电结构设计的关键技术问题。本文究越来越受到广泛重视。压电晶体属于非中心对称点针对如何实现结构设计中参数优化问题，通过建立机电耦群晶体，机械载荷作用导致其内部晶胞正负电荷中心产生合的等效电路模型得到了输出功率和谐振频率的计算公偏移从而引发极化，这就是正压电效应；反之，如果晶体在式，输出功率随参数变化的曲线。分析

9、了一些参数对输出外加电场激励下集体在某个方向产生变形叫做逆压电效功率的影响，提出了一些新的结论，为悬臂梁是压电换能器应。因此，压电材料可以作为将机械振动转换为电能的元的设计提供了理论依据。件，以实现采集能量为无线传感器供电的目的。但是，压电1压电双晶换能器建模、材料自身很脆，谐振频率高，电源特性很差(高电压、低电通过对压电悬臂梁进行受力分析，得到一个等效电路流、高阻抗)，尤其在低频情况下表现得更加明显，而环模型。