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静电仿真用功率放大器测试研究
近年来,随着无线技术的不断进步,使得电子设备和传感器等系统应用范围不断扩大,已广泛应用于民用,医学,军事等领域.传统的电化学电池供电方式存在着寿命短,需要经常更换,储存能量有限等缺点,且在某些条件下更换电池过程复杂,成本很高或根本就不可能实现更换.因此,新的供电技术研究显得非常迫切. 振动能是自然环境中广泛存在的一种能量,振动式发电机可将其提取并转换为可直接使用的电能.基于振动的能量采集方法一般有三种:压电式,静电式和电磁式.相对于静电,电磁式,压电能量采集器具有结构简单,能量密度高,寿命长等优点,而备受关注.
压电能量采集器多采用压电悬臂梁结构作为换能元件,本文主要围绕基于悬臂梁结构的压电能量采集器展开研究,该器件的工作原理为通过PZT压电材料的压电效应,将振动机械能转化为电能.
主要研究内容有:
1,介绍了压电能量振动能量采集器的工作原理.提出了压电悬臂梁/质量块复合结构进行谐振式振动能量采集,在悬臂梁尖端添加金属质量块以降低结构固有频率.
2,利用有限元分析软件ANSYS对压电悬臂梁结构进行分析.求解其谐振频率,并讨论了质量块,PZT层厚度,悬臂梁长度,宽度等因素对谐振频率和压电电压输出的影响.并采用Multism等效电路模型分析了器件对外负载的电压和电功率输出特征.
3,采用了包括波形发生器,功率放大器,振动台,加速度计,示波器等在内的测试系统,对压电能量采集器器件进行性能测试,对谐振频率,电压等进行测量和分析.并与模拟仿真有关结果进行对比,结果表明模拟和实验所得规律一致,数值比较吻合.
实验过程：
实验平台的激励部分是由函数发生器、功率放大器和电磁激振器组成，实验中通过函数发生器调节频率进行向上扫频测试。测量部分由加速度测量及能量测量功能组成，加速度测量由加速度计及附加的信号调理器完成，加速度计固定在亚克力底座上，以对激励的加速度进行标定与测量。
压电材料通过导线与能量收集电路连接，电路中加入电阻作为负载，以方便对能量收集装置的性能进行测试。负载两端及IEPE加速度传感器的输出均直接接入示波器，直接记录系统输出电压及加速度情况。
