两端夹持柔性压电俘能器能量集总元件建模开题报告

 2020-02-20 09:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1研究现状
随着微电子器件,无线网络传感器以及mems等低功耗产品的应用日益广泛,从环境中提取能量,给微电子设备使用已成为研究的热点。一种采用压电俘能技术的压电能量采集器,具有结构简单,不受电磁干扰,无污染,不发热的无限寿命[1]等优点,能满足低耗能电子产品的供能需求。

压电材料可按多种构成形式应用于压电俘能系统中, 可通过改变压电材料属性, 改变压电单元工作模式, 利用多层化来增加压电体有效容积, 改变压电振子的结构形式[2]以及调节系统的谐振频率等方法改变压电俘能装置的构成形式来提高压电俘能装置的俘能性能。

压电材料的选择对压电俘能系统的性能有着重要的影响。到目前为止, 已有多种压电材料应用于压电俘能器中。其中, 最常用的压电材料是锆钛酸铅, 又称为pzt[3]。虽然pzt型的压电材料应用最为广泛, 但pzt陶瓷易碎, 使得pzt压电片在压电俘能系统中不能承受大的应变。lee等研究表明在高频周期载荷作用下,压电陶瓷极易产生疲劳裂纹, 发生脆性断裂[ 4] 。为了克服pzt的这一缺陷和提高俘能效率, 研究者需要研制出柔韧性能更好的压电材料。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1设计任务
1.查阅国内外关于两端夹持柔性压电能量采集器及集总元件模型的相关论文文献,了解压电原理、能量管理路工作原理,能够区别悬臂梁式和两端固定式能量采集器、弹性和柔性能量采集器的区别。
2. 建立两端夹持柔性压电俘能器能量数学模型,基于matlab和龙格库塔算法,实现柔性能量采集器动力学特性分析和压电能量采集器输出功率分析。
3. 设计两端夹持柔性压电俘能器器件,配置整流电路,表征两端夹持柔性俘能器输出电压、输出功率。

2.2设计目标
1.基于hamilton型泛函,建立两端夹持柔性俘能器动力学理论模型。
2.基于matlab软件,利用分离变量法和龙格库塔算法,求解两端夹持柔性俘能器动力学方程,获得开路电路电压输出公式。

3.设计两端夹持柔性压电俘能器器件,配置整流电路,表征两端夹持柔性俘能器输出电压、输出功率。
2.3技术方案
根据所设计的压电俘能器的主要性能参数以及现有的加工工艺条件,确定设计的关键参数,通过建立动力学模型以及用matlap求解动力学方程,最后得出俘能器的输出电压以及功率,设计步骤如下:

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3. 研究计划与安排


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4. 参考文献(12篇以上)

  1. 袁江波, 谢 涛, 单小彪, 陈维山。压电俘能技术研究现状综述[j],振动与冲击,[i]. 2009.10-042

  2. lu b ,chen y ,ou d ,chen h ,diao l , et al. ultra-flexible piezoelectric devicesintegrated with heart to harvest the biomechanical energy[j], scientificreports, 2015, 5:16065.

  3. chen ying, lu bingwei, ou dapeng, feng xue. mechanics offlexible and stretchable piezoelectrics for energy harvesting[j], science chinaphysics mechanics amp; astronomy, 2015, 58(9):1-13.

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