實驗名稱:

  垂向動磁式壓電振動能量收集器建模及實驗研究

  研究方向：為了改善單懸臂梁壓電能量收集器的性能

實驗內(nèi)容:

    為了改善單懸臂梁壓電能量收集器的性能，設(shè)計了一種垂向動磁式壓電振動能量收集結(jié)構(gòu)。針對該結(jié)構(gòu)建立了集總參數(shù)壓電耦合模型并進(jìn)行數(shù)值仿真，同時搭建實驗平臺對結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行評價。

   測試設(shè)備：示波器、能量收集電路、信號發(fā)生器、ATA-3080功率放大器、電磁激振器、加速度計等。

實驗過程:

   實驗平臺的激勵部分是由函數(shù)發(fā)生器、功率放大器和電磁激振器組成，實驗中通過函數(shù)發(fā)生器調(diào)節(jié)頻率進(jìn)行向上掃頻測試。測量部分由加速度測量及能量測量功能組成，加速度測量由加速度計及附加的信號調(diào)理器完成，加速度計固定在亞克力底座上，以對激勵的加速度進(jìn)行標(biāo)定與測量。

    壓電材料通過導(dǎo)線與能量收集電路連接，電路中加入電阻作為負(fù)載，以方便對能量收集裝置的性能進(jìn)行測試。負(fù)載兩端及IEPE加速度傳感器的輸出均直接接入示波器，直接記錄系統(tǒng)輸出電壓及加速度情況。

實驗結(jié)果:

    (1)低頻排斥與咼頻吸引模式呈現(xiàn)咼峰寬頻帶特性，高頻排斥與低頻吸引呈現(xiàn)了雙峰值特性，低頻排斥模式更易于應(yīng)用。

不同負(fù)載下的電壓和功率曲線

    (2)集總參數(shù)模型在可接受誤差范圍以內(nèi)可以有效預(yù)測結(jié)構(gòu)性質(zhì)，幅值的預(yù)測誤差小于7%,可以用于VMM-PVEH的設(shè)計與參數(shù)優(yōu)化。

    (3)在不同的磁感應(yīng)強(qiáng)度下均存在最優(yōu)的磁鐵距離值，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大，最優(yōu)距離值變大，各最優(yōu)值下的峰值近似。

    (4)在本文所述的最優(yōu)化參數(shù)條件下,系統(tǒng)峰值功率可提高42.7%，帶寬可提高40. 6%。

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