圆弧螺旋型压电能量收集器的有限元模型研究

作     者：齐炫凯 仇超群 王子杰 王德波 Qi Xuankai;Qiu Chaoqun;Wang Zijie;Wang Debo

作者机构：南京邮电大学集成电路科学与工程学院南京210023 

出 版 物：《仪器仪表学报》 (Chinese Journal of Scientific Instrument)

年 卷 期：2023年第44卷第3期

页      面：146-154页

核心收录：

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学青年基金(61904086)项目资助。 

主　　题：圆弧螺旋 压电能量收集 有限元模型 谐振频率 输出性能 

摘      要：为了分析圆弧螺旋型压电能量收集器的振动特性和输出特性,本文提出了一种有限元模型,可以在简化模型的同时改善结果的精度。对近似前后的圆弧型压电能量收集器进行了建模、仿真和测试,得到了圆弧螺旋型能量收集器的谐振频率、输出电压与输出功率。将圆弧型悬臂梁进行有限元分割成6~16个矩形结构悬臂梁,并对不同程度的有限元近似下圆弧螺旋能量收集器的谐振频率与输出性能进行分析,结果表明在有限元个数大于等于10时,谐振频率与输出性能相对误差较小。加工制备了2π圆弧螺旋型压电振动能量收集并进行了性能测试。测试结果表明螺旋能量收集器谐振频率为158 Hz,采取10边型有限元模型的理论谐振频率为153 Hz,相对误差为3.5%;最大输出功率的测试结果为53.5μW,最大输出功率的理论结果为55.2μW,相对误差为3.18%,理论结果与测试结果较为符合。