功率放大器在壓電振動能量收集器建模中的應用

更新時間：2020-12-29

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實驗名稱：垂向動磁式壓電振動能量收集器建模及實驗研究

研究方向：為了改善單懸臂梁壓電能量收集器的性能

實驗內容：

為了改善了單懸臂梁壓電能量收集器的性能，設計了一種垂向動磁式壓電振動能量收集結構。針對該結構建立了集總參數壓電耦合模型并進行數值仿真，同時搭建實驗平臺對結構性能進行評價。

測試設備：示波器、能量收集電路、信號發生器、功率放大器、電磁激振器、加速度計等。

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。

實驗結果：

（1）低頻排斥與咼頻吸引模式呈現咼峰寬頻帶特性，高頻排斥與低頻吸引呈現了雙峰值特性，低頻排斥模式更易于應用。

不同負載下的電壓和功率曲線

實驗結果1.png

（2）集總參數模型在可接受誤差范圍以內可以有效預測結構性質，幅值的預測誤差小于7%,可以用于VMM-PVEH的設計與參數優化。

實驗結果21.png

實驗結果22.png

（3）在不同的磁感應強度下均存在磁鐵距離值，隨著磁感應強度的增大，距離值變大，各值下的峰值近似。

實驗結果3.png

（4）在本文所述的化參數條件下,系統峰值功率可提高42.7%，帶寬可提高40. 6%。

實驗結果4.png

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