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靜電仿真用功率放大器測試研究
近年來,隨著無線技術的不斷進步,使得電子設備和傳感器等系統應用范圍不斷擴大,已廣泛應用于民用,醫學,軍事等領域.傳統的電化學電池供電方式存在著壽命短,需要經常更換,儲存能量有限等缺點,且在某些條件下更換電池過程復雜,成本很高或根本就不可能實現更換.因此,新的供電技術研究顯得非常迫切. 振動能是自然環境中廣泛存在的一種能量,振動式發電機可將其提取并轉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構簡單,能量密度高,壽命長等優點,而備受關注.
壓電能量采集器多采用壓電懸臂梁結構作為換能元件,本文主要圍繞基于懸臂梁結構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,將振動機械能轉化為電能.
主要研究內容有:
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/質量塊復合結構進行諧振式振動能量采集,在懸臂梁尖端添加金屬質量塊以降低結構固有頻率.
2,利用有限元分析軟件ANSYS對壓電懸臂梁結構進行分析.求解其諧振頻率,并討論了質量塊,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載的電壓和電功率輸出特征.
3,采用了包括波形發生器,功率放大器,振動臺,加速度計,示波器等在內的測試系統,對壓電能量采集器器件進行性能測試,對諧振頻率,電壓等進行測量和分析.并與模擬仿真有關結果進行對比,結果表明模擬和實驗所得規律一致,數值比較吻合.
實驗過程：
實驗平臺的激勵部分是由函數發生器、功率放大器和電磁激振器組成，實驗中通過函數發生器調節頻率進行向上掃頻測試。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行標定與測量。
壓電材料通過導線與能量收集電路連接，電路中加入電阻作為負載，以方便對能量收集裝置的性能進行測試。負載兩端及IEPE加速度傳感器的輸出均直接接入示波器，直接記錄系統輸出電壓及加速度情況。
