振動能量采集器動態(tài)特性分析與響應(yīng)研究.pdf

1、隨著社會快速向智能化和無線化發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、可植入式醫(yī)療設(shè)備以及低功耗射頻發(fā)生器等得到了越來越多的應(yīng)用，其能量供應(yīng)問題隨之而來，并越來越成為制約其發(fā)展的主要瓶頸之一。利用傳統(tǒng)化學電池的供能方案已經(jīng)難以滿足日益苛刻的應(yīng)用需求了，人們急需一種使用壽命長，工作期間免維護，綠色環(huán)保無污染的新型電源以取代傳統(tǒng)化學電池。周圍環(huán)境中存在著多種形式的能量，采集環(huán)境中的能量并將其轉(zhuǎn)化為電能為電子元器件供電得到了越來越多的關(guān)注和研究。得益于振動在自然

2、環(huán)境中存在的廣泛性，振動式能量采集器成為了微能源研究領(lǐng)域的焦點和熱點。
　　首先，文章研究分析了微型抗磁懸浮式振動能量采集器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與懸浮磁體懸浮特性的關(guān)系。運用有限元仿真軟件COMSOLTM計算了采集器中高定向熱解石墨板、提升磁體和懸浮磁體的參數(shù)對懸浮磁體的活動空間的影響。系統(tǒng)地研究了采集器中主要部件懸浮磁體在不同結(jié)構(gòu)尺寸下能量采集器的結(jié)構(gòu)特點及輸出特性，為特定尺寸采集器的優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。
　　其次，文章運用數(shù)值軟件

3、MATLABTM研究了采集器的運動特性。通過MATLABTM編程研究了該采集器在周期激勵以及非周期激勵下的運動特性，發(fā)現(xiàn)了運動演化的多樣性和復(fù)雜性。在運動演化過程中，存在倍周期，周期，混沌，擬周期等著多種運動形式。此外，又對氣混沌演化機理進行了詳細的分析，發(fā)現(xiàn)了混沌演化存在著多種途徑，例如倍周期分岔途徑，擬周期換面破裂途徑，陣發(fā)性激變途徑等。同時也發(fā)現(xiàn)了混沌演化途徑被破壞的現(xiàn)象，例如Naimark-sacker流形的發(fā)生導致混沌演化變異

4、等。
　　再次，研究了影響采集器輸出電壓大小的主要因素，并提出了一種計算電壓的方法。再此基礎(chǔ)上對比分析了半解析算法和仿真算法之間的差異，在最大功率負載下，運用電壓的半解析算法研究了采集器在周期激勵以及非周期激勵下的電壓輸出特性。并對比分析了該能量采集器在水平工作狀態(tài)和垂直工作狀態(tài)的輸出特性，發(fā)現(xiàn)了水平工作更有利于采集能量。
　　最后，搭建了實驗測試系統(tǒng)對采集器進行了實驗測試。通過對實驗?zāi)Ｐ褪┘油饨缂?，然后采集其輸出電壓，?/p>