基于压电材料环境振动能量采集

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringEnvironmentvibrationenergyharvestingbasedonthepiezoelectricmaterialAThesisinInstrumentscienceandtechnologybyZhuBoAdvisedbyProf.LiuWen-boSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofM

2、asterofEngineeringMarch,2013承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着科技的发展，各种便携式发电装置的研究将成为新的研究热点，其目的

3、是在某些特殊的应用领域替代电池或自动为电池充电。利用每一种发电原理构造的发电装置都有其自身的特点和使用领域，压电发电装置的优点在于结构简单、无电磁干扰、易于加工制作和实现结构上的微小化、集成化等，尤其适用于各类传感及监测系统。本文通过对压电悬臂结构的理论特性分析，得出了压电振子最佳的结构尺寸，并制作了压电双晶片振子，对经典能量采集电路和同步电荷提取电路通过进行Multisim仿真。最后设计了能量存储电路，实现对储能元件的充电。本文的具体研究内容如下：通过分析环境中振动源的特性理论基础，结合压电材料研究分析了适合于压电能量采集的振动模式。对双晶压电悬臂梁进行建模得出理论公式

4、。通过数值分析得到压电振子的结构尺寸、材料性能等相关参数对输出功率、谐振频率、最优负载等性能的影响。并利用ANSYS仿真软件对理论推导结果进行验证。利用上述提出的一些结论对压电梁的结构尺寸进行优化，并针对某一定激振频率、振动加速度、尺寸空间限制对压电双晶梁进行设计优化求解。设计同步电荷整流电路和DC-DC变换器，并使用Multisim软件对设计的电路进行仿真验证。最后选取合适的压电材料和基板材料，制作了压电双晶片振子，搭建实验平台以验证仿真结果，利用采集电路对储能元件充电，设计了一种手摇式的压电能量采集装置。关键词：压电双晶梁、ANSYS、能量采集、同步电荷采集电路、手摇

5、式压电发电装置i基于压电材料的环境振动能量采集ABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnology,allkindsofportablepowergenerationdeviceresearchwillbecomethenewhotresearchtopic,thepurposeofwhichistosomespecialapplicationfieldreplacementbatteryorautomatictochargethebattery.Useofeverykindofpowergenerationprinciples

6、tructureofpowergenerationunithasitsowncharacteristicsandapplicationfields,piezoelectricpowergenerationdevicefeaturessimplestructure,noelectromagneticinterference,easytomanufactureandtherealizationofthestructureoftheminiaturization,integration,etc.,especiallysuitableforallkindsofsensorandm

7、onitoringsystem.Basedonthepiezoelectriccantileverstructuretheorycharacteristicanalysis,itisconcludedthatthepiezoelectricvibratorbeststructuresize,andmakethepiezoelectricbimorphoscillator,theclassicalenergyacquisitioncircuitandsynchronizationchargedectorthroughMultis