压电振动能量回收系统ssbi接口电路的研究与设计

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1、中图分类号：TK01论文编号：102870515-S096学科分类号：080202硕士学位论文压电振动能量回收系统SSBI接口电路的研究与设计研究生姓名孟莹梅学科、专业机械电子工程研究方向机电控制及其自动化指导教师王宏涛教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchandDes

2、ignofSSBIInterfaceCircuitofPiezoelectricVibrationEnergyHarvestingSystemAThesisinMechanicalandElectricalEngineeringbyMengYing-meiAdvisedbyProf.WangHong-taoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的

3、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：摘要能量回收技术对微机电系统和无线传感网络实现低成本、实用化和自动化发展至关重要。自然环境中振动能广泛存在

4、且较易获得，利用能量回收接口技术可以将振动能收集起来并转化成电能使用。基于压电效应的能量回收正是振动能量回收技术中的一种，其具有结构简单、易于小型化，回收功率高，对电子器件不产生电磁干扰，节能环保等优点，可以有效解决电池更换问题及大量的废弃电池带来的严重环境污染。本文针对压电振动能量回收系统的接口电路展开如下研究：1.结合压电方程建立振动能量回收系统的机电耦合模型。2.分析标准、SECE、并联SSHI、串联SSHI四种常用接口电路的工作过程，设计了一种新型的能量回收接口电路—SSBI接口电路，通过计算和

5、理论分析比较了SSBI接口电路与四种常用接口电路在恒定激振位移和恒定激振力条件下回收功率的大小。3.运用Multisim仿真软件实现了五种接口电路回收功率的仿真。4.搭建实验系统平台，通过实验验证了五种接口电路在恒定激振位移条件下回收功率。实验结果表明：SSBI接口电路具有优越的性能，当外接负载大于临界负载后，SSBI接口电路回收功率与负载无关，大小约为SECE接口电路回收功率的2.5倍。关键词：振动，压电片，能量回收，接口电路，回收功率，电路仿真本文得到了航空科学基金项目（资助号：2012ZA5200

6、9）的资助。IABSTRACTEnergyharvestingtechnologyiscrucialtomemsandwirelesssensornetworksbecauseithelpstorealizetheirlow-cost,utilityandautomaticdevelopment.Vibrationenergyexistsextensivelyinnaturalenvironmentandiseasilytobeobtained.Itcanbecollectedandtranslated

7、intoelectricalenergybyinterfacecircuitsofenergyharvestingtechnology.Asakindofvibrationenergyharvestingtechnology,piezoelectricenergyharvestingtechnologycaneffectivelysolvethetroubleandpollutionofbatteryreplacementforitssimplemechanicalstructure,highoutpu

8、tpowers,noelectromagneticinterferenceandpollution.Theauthordosomeresearchaboutinterfacecircuitsofpiezoelectricenergyharvestingsystem.Themainresultsareasfollows:1.Theelectromechanicalmodelofenergyharvestingsystemisdeveloped