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靜電仿真用功率放大器測試研究
近年來,隨著無線技術(shù)的不斷進(jìn)步,使得電子設(shè)備和傳感器等系統(tǒng)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,已廣泛應(yīng)用于民用,醫(yī)學(xué),軍事等領(lǐng)域.傳統(tǒng)的電化學(xué)電池供電方式存在著壽命短,需要經(jīng)常更換,儲存能量有限等缺點,且在某些條件下更換電池過程復(fù)雜,成本很高或根本就不可能實現(xiàn)更換.因此,新的供電技術(shù)研究顯得非常迫切. 振動能是自然環(huán)境中廣泛存在的一種能量,振動式發(fā)電機(jī)可將其提取并轉(zhuǎn)換為可直接使用的電能.基于振動的能量采集方法一般有三種:壓電式,靜電式和電磁式.相對于靜電,電磁式,壓電能量采集器具有結(jié)構(gòu)簡單,能量密度高,壽命長等優(yōu)點,而備受關(guān)注.
壓電能量采集器多采用壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)作為換能元件,本文主要圍繞基于懸臂梁結(jié)構(gòu)的壓電能量采集器展開研究,該器件的工作原理為通過PZT壓電材料的壓電效應(yīng),將振動機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能.
主要研究內(nèi)容有:
1,介紹了壓電能量振動能量采集器的工作原理.提出了壓電懸臂梁/質(zhì)量塊復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行諧振式振動能量采集,在懸臂梁尖端添加金屬質(zhì)量塊以降低結(jié)構(gòu)固有頻率.
2,利用有限元分析軟件ANSYS對壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析.求解其諧振頻率,并討論了質(zhì)量塊,PZT層厚度,懸臂梁長度,寬度等因素對諧振頻率和壓電電壓輸出的影響.并采用Multism等效電路模型分析了器件對外負(fù)載的電壓和電功率輸出特征.
3,采用了包括波形發(fā)生器,功率放大器,振動臺,加速度計,示波器等在內(nèi)的測試系統(tǒng),對壓電能量采集器器件進(jìn)行性能測試,對諧振頻率,電壓等進(jìn)行測量和分析.并與模擬仿真有關(guān)結(jié)果進(jìn)行對比,結(jié)果表明模擬和實驗所得規(guī)律一致,數(shù)值比較吻合.
實驗過程：
實驗平臺的激勵部分是由函數(shù)發(fā)生器、功率放大器和電磁激振器組成，實驗中通過函數(shù)發(fā)生器調(diào)節(jié)頻率進(jìn)行向上掃頻測試。測量部分由加速度測量及能量測量功能組成，加速度測量由加速度計及附加的信號調(diào)理器完成，加速度計固定在亞克力底座上，以對激勵的加速度進(jìn)行標(biāo)定與測量。
壓電材料通過導(dǎo)線與能量收集電路連接，電路中加入電阻作為負(fù)載，以方便對能量收集裝置的性能進(jìn)行測試。負(fù)載兩端及IEPE加速度傳感器的輸出均直接接入示波器，直接記錄系統(tǒng)輸出電壓及加速度情況。
