多向振动压电发电关键技术研究

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1、图书分类号：学校代码：广论文题目多向振动压电发电关键技术研究研究生姓名黄振导师姓名顾亚雄（教授）学科专业油气测控工程研究方向油气检测技术与自动化装置二一五年六月西南石油大学研究生学位论文知识产权声明书及学位论文版权使用授权书本人完全了解学校冇关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西南石油大学。学校冇权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入冇关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时，本人保证，

2、毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西南石油大学。本学位论文属于、保密在年解密后适用本授权书。、不保密请在以上相应括号内打“”）、学位论文作者签名：指导教师签名：邮年月日年月〒曰西南石油大学研究生学位论文独创性声明本人声明：所呈交的研究生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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含其他人为获得西南石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明

3、并表示谢意。学位论文作者签名：夕年月护摘要振动能量在环境中广泛存在。近几十年，各国科学家积极致力于收集环境中的振动能量，以取代传统电池为微机电系统和低功耗电子器件供电。振动能量的收集方式冇很多种，目前应用最广泛的是压电悬拷梁式能量收集装置，它利用压电材料的正压电效应，将环境中的振动能转换为电能。由于其结构简单、收集效率高、环保无污染、易于加工、使用寿命长等优点，已经成为微机电系统供电领域的研究焦点。本文首先对压电式振动发电技术的国内外研究现状进行调研，通过调研发现，各国科学家所研制的振动发电装置只能收集一个方向上的振动能量，而环境中的振动方向

4、是多变的，为提高能量收集效率，设计一种可以收集环境中多个振动方向的压电发电装置。本文主要从数学模型建立、有限元仿真分析、结构优化、电路设计及试验测试等方面对多向振动压电发电装置展开研究。论文主要研究内容如下：介绍压电材料的发电机理，为后续多向振动压电发电装置的性能分析提供理论依据。根据力学理论和压电理论构建压电悬栲梁幵路电压的数学模型并进行理论分析，为下一步有限元仿真以及多向振动压电发电装置的性能分析奠定基础。利用对自由端不带质量块和带质量块的压电悬梁进行仿真分析，为压电悬臂梁的结构优化和试验测试提供参考。然后对多向振动压电发电装置所应用环境

5、（交通轨道）振动频率进行分析。基于以上理论和仿真分析，最后对多向振动压电发电装置进行结构优化。为全面评估多向振动压电发电装置的发电能力，构建多向振动装置输出电压与输出功率的数学模型，并设计多向振动发电装置的能量收集电路。制作多向振动压电发电装置并对装置的发电性能进行测试。实验结果表明：多向振动压电发电装置对环境中各个方向上的振动都能进行有效收集。最后利用多向振动压电发电装置实现向发光二极管供能，并取得良好的发光效果。关键词：多向；振动能；压电发电；有限元仿真；AbstractThevibrationenergyintheenvironment

6、iswidelyspead.Vibration-basedenergyharvestinghasreceivedagreadattentioninthepastdecade.Researchmotivationinthisfieldisduetothepowerrequirementofsmallelectroniccomponents5suchasmicroelectromechanicalsystemsandlowpowerelectronicdevices.Thegoalistoreplacethetraditionaluseofthe

7、battery.Thevibrationenergyofpiezoelectriccantileverbeamcanbeconvertedtoelectricalenergybypizoelectriceffect.Thepiezoelectriccantileverbeamisasimplestructureandconvenientprocessingwithoutpoisonoustotheenvironment5andlongservicelife.lthasbecomeareasearchfocusinthefieldofmicro

8、electromechanicalsystemspowersupply.Thisdissertationfirstinvestgatedthedevelopment