基于分形结构压电振子的设计与实验

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1、基于分形结构压电振子的设计与实验王豹梁忠诚刘瑞华王燕南京邮电大学微流控光学技术研宄中心献学光电工程学院随着无线传感技术的发展，过去的有线供电因为存在较大的不便捷性以及电池寿命较短等缺陷，在很大程度上阻碍了传感器件的发展。环境中有丰富的振动能量，将其转化为电能的微电源研宄近年来逐渐深入。目前，能量采集装置能够采集的环境中振动频率较为单一，能量转换效率低。对于这些问题，木文结合分形的结构特点对压电振子进行设计，借助分形自相似性和结构多样化特征提高了能量采集密度，同时也有效扩展丫频率响应带宽;对制作成型的分形压电换能器件实施实验测试，实施振动频率和输出电压实验、周期性扫频实验来对此结构的可靠

2、性予以验证。关键词：振动换能器;分形结构;压电效应;悬臂梁结构;谢尔宾斯基三角;DesignandExperimentofPiezoelectricVibratorBasedonFractalStructureWANGBaoLIANGZhongchengLIURuihuaWANGYanResearchCenterofMicrofluidicsOpticalTechnology，NanjingUniversityofPostsandTelecommunications;SchoolofOptoelectronicEngineering,NanjingUniversityofPostsan

3、dTelecommunications;Abstract：Withthedevelopmentofwirelesssensortechnology,thepastwiredpowersupplyhasalotofinconvenience,andthebatterylifeisshortandotherdefects,toalargeextenthinderedthedevelopmentofsensor.Thereareabundantvibrationenergyintheenvironment,andtheresearchofmicropowerconversionintoele

4、ctricalenergyhasbeengraduallydeepenedinrecentyears.Atpresent,thevibrationfrequencyoftheenergyacquisitiondeviceissingle,andtheenergyconversionefficiencyislow.Fortheseproblems,thispaperbasedonthestructuralcharacteristicsoffractaldesignofthepiezoelectricvibrator,usingthefractalselfsimilarityandstru

5、cturediversityimprovestheenergycollectiondensity,butalsoeffectivelyexpandthefrequencyresponsebandwidth;fractaltoformingofpiezoelectrictransducerdeviceimplementationtest,theimplementationofthevibrationfrequencyandtheoutputvoltageoftheexperiment,theperiodicfrequencysweepexperimentstoverifytherelia

6、bilityofthisstructure.Keyword：vibratingtransducer;fractalstructure;piezoelectriceffect;cantileverbeamstructure;Sierpinskitriangle;0引言近年来对环境中振动机械能进行采集与利用的研宄逐渐推进，依靠振动换能器来取代或避免传统化学电池投入使用具有非常重要的现实意义。然而过去的振动换能器普遍具有釆集能量功率密度偏低、带宽偏窄的缺陷，二者之间无法同时兼顾。对这些问题，本文结合分形结构的特点，依靠多变的分形压电振子取代过去单一化的压电振子，依靠分形的多元化特征不断扩展能

7、量采集带宽;棊于谢尔宾斯基三角对宽带压电振子结构实施设计。1理论基础现阶段，对分形的定义非常多，从基本概念来看，某一事物若自身整体和局部存在相似性，即不管进行多少倍的放大，都能够借助于复制上一层次的事物来获得最新的层次，即一般称之为分形。压电效应即是部分电介质因为受到外力作用而出现形变，造成材料内部出现极化现象，另外还可能在材料相对表面上产生正负相反电荷的特殊反应。木文主要研究收集环境中振动能的换能器实现的是机械能到电能的转变，本质上利用的也是