仪器仪表学报

作者：曹益恺，王德波

单位：曹益恺,1.南京邮电大学集成电路科学与工程学院,,王德波,1.南京邮电大学集成电路科学与工程学院,

关键词：压电能量收集;多模态;多方向;谐振频率;功率密度

基金：国家自然科学青年基金(61904086)项目资助

为了解决传统压电能量收集系统通频带窄、功率密度低的问题,本文采用线性多模态共振法,提出一种双圆弧悬臂梁内外反向拼接的压电能量收集系统。两根梁上各覆盖一个压电层,压电层之间串联连接。建立二自由度系统集总参数模型和机电耦合模型来分析频率响应和输出性能。对比压电层弧度不同的压电能量收集系统的输出性能,根据测试结果,当弧度为0.5π时输出性能最佳。设置激励加速度为0.1g,一阶模态下,谐振频率为82.19Hz,开路电压为49.65V,最大输出功率为3.74mW;二阶模态下,谐振频率为119.14Hz,开路电压为44.74V,最大输出功率为3.54mW。测试结果表明,该结构可有效拓宽通频带宽度至52Hz,且功率密度高。该压电能量收集系统结构简单易于制备,工作频带宽,可在频率波动大的环境下供电,同时体积小、功率密度大,能在多方向激励下高效率收集能量,可应用于可穿戴设备、低功率设备等多个领域。

来源：2024年第3期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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