msma特性测试平台与振动能量采集器研究

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1、分类号密级公开UDC学位论文题目：MSMA特性测试平台与振动能量采集器研究研究生姓名：周帅帅学科专业名称：控制工程研究方向：微智能执行器与智能控制论文类型：应用研究申请学位：工程硕士学位指导教师姓名：张庆新指导教师职称：教授指导教师单位：沈阳航空航天大学论文提交日期：2015年01月06日论文答辩日期：2015年03月10日沈阳航空航天大学2015年03月SHENYANGAEROSPACEUNIVERSITYTHESISFORMASTER’SDEGREEMSMA-PROPERTIES-TESTPLATFORMANDVIBRATIONENERGYHARVESTERCandi

2、date：ShuaishuaiZhouSupervisor：QingxinZhangSpecialty：MicroIntelligentActuatorsAndIntelligentControlDate:March2015摘要随着无线传感器网络、无线通信技术以及微机电系统的不断发展，与之相关的微能源供电系统得到人们更多的关注，机械振动能量广泛存在于自然界中，研究表明，利用磁控形状记忆合金(MagneticallycontrolledShapeMemoryAlloy,简称MSMA)的逆效应可以将自然界中的振动能量转换为电能，实现对无线传感器网络和微机电系统的供电。为此，本

3、文简要介绍了磁控形状记忆合金特性测试平台，并针对磁控形状记忆合金振动能量采集装置进行了研究和设计。首先，介绍了振动能量采集技术的国内外研究现状，并分析了本论文研究内容的意义。另外分析介绍了MSMA的五个主要特性、变形机理以及MSMA所受应力与产生形变之间的关系，并对MSMA特性测试平台做了简要介绍。其次，对MSMA振动能量采集器的原理进行了理论分析，为MSMA振动能量采集器的设计提供了依据和理论基础，在分析和研究MSMA振动能量采集器原理的基础基础之上，又建立了该振动能量采集器的电磁——机械转换的本构模型。再次，针对MSMA材料的特性，对线圈绕组，永磁铁，软磁材料尺寸等各

4、方面的参数进行了分析和确定，然后又对振动能量采集器中的磁路进行了理论分析和建模，并利用ANSYS13.0软件对磁路进行了有限元建模和仿真，通过仿真得知，之前设定的MSMA振动能量采集器各结构部分的参数的正确性，MSMA材料中的磁通密度符合相应要求，从而设计出了MSMA振动能量采集器原型机。最后，通过计算、分析将所建立模型中的某些参数进行确定，利用MATLAB进行仿真，得到不同机械振动频率输入下输出的电压波形。另外，在此基础上还对所设计的MSMA振动能量采集器原型机进行了实验，对振动能量采集器上方的顶杆施加不同频率的不同形式大小的作用力，在绕组线圈的输出端检测到不同形式电压

5、波形，从而可以得出MSMA能够应用到振动能量采集器领域的结论。并对本文的研究成果进行了总结，指明了课题进一步的研究方向。关键词：磁控形状记忆合金（MSMA）；振动能量采集；电磁机械转换模型；ANSYS仿真；实验IAbstractWiththecontinuousdevelopmentofwirelesssensornetworks,wirelesscommunicationtechnologyandmicro-electro-mechanicalsystems,micro-energypowersystemswhichassociatedwiththataregettin

6、gpeoplemoreattention.Mechanicalvibrationenergyiswidespreadinnature.Researchshowsthatthevibrationenergyofthenaturecanbeconvertedintoelectricalenergyusingtheinverseeffectofmagneticallycontrolledshapememoryalloy(MSMA),andsupplypowerforwirelesssensornetworksandmicroelectro-mechanicalsystem.Th

7、erefore,thisthesisbrieflyintroducestheMSMA-properties-testplatform,researchinganddesigningtheMSMAvibrationenergyharvester.Firstly,thethesisintroducestheresearchstatusofvibrationenergyharvestingtechnologyathomeandabroad,analyzingthesignificanceofthethesisresearch.Ina