哈尔滨工业大学科研创新基金(HITNSRIF200850)
- 作品数：8 被引量：137H指数：7
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- 悬臂梁单晶压电发电机的实验被引量：24
- 2009年
- 建立了悬臂梁单晶压电振子的发电测试系统,针对压电晶体与磷青铜基板材料的厚度比对单晶压电振子输出电压的影响进行了有限元分析,得出了压电晶体与磷青铜基板材料的最佳厚度比并进行了实验验证,同时对具有最佳厚度比的单晶压电振子进行了压电发电能力测试。研究结果表明,当压电晶体与磷青铜金属基板的最佳厚度比为0.5时,单晶压电振子的输出电压最大,有限元分析与实验结果基本吻合。单晶压电振子输出电压随着负载的增大而增大,而输出功率并不随负载的增大而增大。压电振子存在一个最佳负载,当负载与压电振子内阻相匹配时,输出功率最大,能量转化效率最高。单晶压电振子在负载为50 kΩ时,输出电压最大可达5.4 V;当负载电阻为10 kΩ时,负载与压电振子内阻匹配良好,输出功率达到最大为1.18 mW,产生的能量能满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求。
- 袁江波单小彪谢涛陈维山
- 关键词：压电发电机有限元分析
- 不同截面形状悬臂梁双晶压电振子发电能力建模与实验研究被引量：20
- 2010年
- 为了研究截面形状对悬臂梁双晶压电振子发电能力的影响,根据压电方程和热平衡原理分别建立了截面形状为矩形、梯形和三角形悬臂梁双晶压电振子压电发电的数学模型,对截面形状对压电梁发电能力的影响进行了数值模拟与有限元仿真分析,并进行了实验验证。研究结果表明,在相同压电材料体积下,三角形压电振子最大输出功率为4.5mW,约为矩形压电振子的3.3倍,三角形压电振子相比于矩形和梯形压电振子具有更大的发电能力,可有效提高有限体积下压电振子的输出特性。
- 单小彪袁江波谢涛陈维山
- 关键词：发电有限元分析
- 鼓形俘能器的有限元分析被引量：1
- 2009年
- 以压电方程和弹性材料的本构方程为基础,建立了鼓形俘能器机电耦合有限元模型。采用有限元分析软件对鼓形俘能器进行仿真分析,并得出鼓形俘能器结构参数的变化对其性能的影响。仿真结果表明,为了提高俘能器的俘能性能,在符合加工工艺要求和其他特性的前提下,应尽量增大鼓形俘能器钢环内径,限制压电陶瓷(PZT)的直径和厚度,而钢环厚度对其性能影响较小。在此基础上研制了鼓形俘能器,并进行了实验研究,实验结果与仿真结果基本吻合。
- 谢涛袁江波单小彪陈维山
- 关键词：压电有限元分析
- 悬臂梁单晶压电振子发电的理论建模与仿真被引量：18
- 2010年
- 为了解决电池为低功耗电子产品供能存在的诸多问题,对悬臂梁单晶压电振子的发电能力进行了研究.根据压电理论和热平衡原理,建立悬臂型单晶压电振子发电能力的数学模型,并对金属基板材料、基板厚度与压电片厚度对压电梁发电能力的影响进行了数值模拟与有限元仿真分析.研究结果表明,建立的数学模型与有限元仿真分析结果一致,压电片与基板材料存在一个最佳厚度比使得压电振子的输出电压达到最优,且最佳厚度比随着基板材料弹性模量的增大而增大,当基板材料分别为铝、磷青铜、多晶硅和钢时,单晶压电振子所对应的最佳厚度比分别为0.4、0.5、0.55和0.65,最后对以磷青铜为基板材料的压电振子进行了实验测试.实验结果表明,当压电片与基板厚度比为0.5时,压电振子输出功率最大,验证了理论分析的正确性.
- 单小彪袁江波谢涛陈维山
- 关键词：发电能力有限元分析
- 复合型悬臂梁压电振子振动模型及发电试验研究被引量：30
- 2010年
- 单悬臂梁压电振子俘获环境中振动能时,对环境振动频率敏感且频带有限,在谐振频率与环境振动频率不匹配的情况下,会导致压电振子俘能效率低下。基于此,设计复合型悬臂梁压电振子并建立其振动模型,采用激光测振仪对复合型悬臂梁压电振子进行扫频测试。研究结果表明,复合型悬臂梁压电振子谐振频率范围为56～72Hz,与理论分析结果基本吻合,试验验证了理论模型的正确性。相比于单悬臂梁压电振子,复合型悬臂梁压电振子有效地拓宽了其谐振频带,易于实现与环境振动源振动频率匹配以提高压电发电效率。在此基础上,进行复合型悬臂梁压电发电装置的发电能力测试,在负载为820?,工作频率为60Hz时最大输出功率达到4.9mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能微电子产品的供能需求。
- 袁江波谢涛单小彪陈维山
- 关键词：压电发电频带
- 多悬臂梁压电振子频率分析及发电实验研究被引量：23
- 2010年
- 为了提高悬臂梁压电振子的发电能力，设计并制作了多悬臂梁压电振子，采用有限元方法对多悬臂梁压电振子的有效工作频率进行了仿真分析，并且进行了实验验证．在此基础上，对多悬臂梁压电发电装置进行了压电发电实验测试．研究结果表明，多悬臂梁压电振子工作的谐振频率范围为56-65Hz，与实验结果基本吻合．相比于单悬臂梁压电振子，多悬臂梁压电振子能有效地拓宽其谐振频带并提高压电发电能力．当多悬臂梁压电振子外接负载为820Ω、工作频率为60Hz时，多悬臂梁压电发电装置的最大输出功率达到4．9mw，产生的能量能够满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求．
- 谢涛袁江波单小彪陈维山
- 关键词：发电有限元分析
- 压电俘能技术研究现状综述被引量：41
- 2009年
- 随着微电子、无线网络和MEMS等低耗能产品的应用日益广泛,以化学电池为其主要供能方式存在着诸多弊端,而压电俘能器具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染和易于实现机构的微小化、集成化等诸多优点,且能满足此类低耗能产品的供能需求而备受关注。综述了压电俘能技术的国内外研究现状。围绕提高压电俘能效率,从压电振子构成形式、能量存储电路和能量存储元件等方面进行了系统的介绍,并对压电俘能技术的发展方向进行了预测。压电俘能技术可应用于导弹引信,海啸预警、桥梁安全监测、石油输油管道监测等重要领域的安全检测装置的自供能系统中,同时也可为无线网络、嵌入式系统和MEMS等低耗能产品的实现无线供能,展现出了压电俘能技术的良好应用前景。
- 袁江波谢涛单小彪陈维山
- 悬臂梁压电俘能器的建模研究被引量：7
- 2010年
- 为深入研究悬臂梁式压电俘能器的作用机理,从压电方程和内能平衡出发,建立了悬臂梁式压电俘能器单晶片压电振子、双晶片串联压电振子和双晶片并联压电振子的电压输出灵敏度数学模型。在ANSYS中分别建立了三种压电振子的有限元模型,仿真得到三种压电振子的基板厚度与输出电压的关系曲线,仿真结果表明串联双晶片压电振子的输出电压值最高,且数值模拟曲线和有限元仿真曲线基本吻合,验证了建立数学模型的正确性。
- 卢有为单小彪袁江波谢涛
- 关键词：悬臂梁有限元分析
