基于压电效应的能量收集

论文摘要

近些年来随着无线设备的广泛应用,其供电问题受到人们的广泛关注。压电能量收集装置作为一种新型的微型发电装置,具有结构简单、发热量小、无电磁干扰、易于加工制作和实现结构上的小型化、集成化等优点,适用于各类传感及监测系统。本文研究了压电陶瓷的机电能量转换机理和电能存储特性,设计制作了不同形式的能量收集电路、转换电路及对应的控制电路,在最后还提出压电能量收集自供能技术。主要研究内容如下:1.设计压电能量收集装置的机械结构,利用机械振动学、压电学的知识对其进行理论分析,分析压电陶瓷的参数与机械结构参数与压电陶瓷发电性能的影响,并在此基础上计算出压电陶瓷最佳粘贴位置。2.设计不同的能量收集电路及其相应的控制电路,分析电路参数及负载参数对能量收集装置发电性能的影响,并且对不同的能量收集电路进行比较。3.设计压电能量收集的电压转换电路及其控制电路,使得压电陶瓷发出的电能能量直接应用。分析变换电路开关控制信号的占空比及频率对压电陶瓷发电性能的影响,并在此基础上提出了压电能量收集自供能技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 能量收集装置的国内外研究概况
• 1.2.1 压电能量收集研究的发展史
• 1.2.2 国外压电能量收集的应用
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 压电材料
• 2.1 压电材料分类
• 2.2 压电陶瓷的性质
• 2.2.1 压电材料的介电性
• 2.2.2 压电材料的弹性
• 2.2.3 压电材料的压电性
• 2.3 压电陶瓷的压电方程
• 第三章 能量收集基础理论分析
• 3.1 悬臂梁式能量收集装置理论分析
• 3.1.1 悬臂梁振动的微分方程
• 3.1.2 压电陶瓷的粘贴位置
• 3.2 悬臂梁式能量收集装置发电性能分析
• 3.3 能量收集装置机电耦合模型
• 第四章 能量收集电路
• 4.1 标准能量收集电路
• 4.1.1 电路理论分析
• 4.1.2 实验分析
• 4.2 倍压能量收集电路
• 4.2.1 电路理论分析
• 4.2.2 实验分析
• 4.3 电荷同步获取电路
• 4.3.1 电路理论分析
• 4.3.2 实验分析
• 4.4 并联电感同步开关回收电路
• 4.4.1 电路理论分析
• 4.4.2 实验分析
• 4.5 串联电感同步开关回收电路
• 4.5.1 电路理论分析
• 4.5.2 实验分析
• 4.6 不同能量收集电路输出功率的比较
• 第五章 电压变换电路
• 5.1 DC-DC 变换电路
• 5.1.1 DC-DC 变换电路介绍
• 5.1.2 DC-DC 变换电路在能量收集系统中的应用
• 5.1.3 实验分析
• 5.2 能量收集电路自供能技术
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士生期间发表的论文