压电式变截面悬臂梁低频振动能量收集器的设计与优化

作     者：胡捷 李红 杨卫平 肖志锋 HU Jie;LI Hong;YANG Weiping;XIAO Zhifeng

作者机构：江西农业大学工学院江西南昌330045 江西省畜牧设施技术开发工程研究中心江西南昌330045 

出 版 物：《传感技术学报》 (Chinese Journal of Sensors and Actuators)

年 卷 期：2023年第36卷第6期

页      面：868-873页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(31960683) 江西省教育厅科技计划项目(GJJ200452)。 

主　　题：振动 压电材料 变截面悬臂梁 能量收集 功率 

摘      要：为了降低环境振动压电能量收集器(PVEH)的固有频率(ω_(n)),提高PVEH的输出性能,提出了一种压电式变截面悬臂梁低频振动能量收集器(VCL-PVEH)。基于压电方程建立了不同压电材料分布的VCL-PVEH数值模型,优化了压电材料分布位置。研制了PVCL-PVEH原理样机,搭建样机实验平台。结果表明:当压电材料靠近悬臂梁固支端时,器件输出电压(V)和功率(P)最大;随着压电材料与固支端距离(D)增大,器件ω_(n)降低。在相同压电材料面积下,三角形VCL-PVEH的ω_(n)最低(ω_(n)=25.7 Hz)、V最大(V=100 V)。实验和计算表明,随负载阻抗(R)增大,P先增大后减小,存在最优R为25000Ω,此时,P为240 mW,可直接点亮21只商用LED,满足低功耗农业物联网传感器供电的要求。