一种基于压电陶瓷晶体的振动能量回收装置的研究

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目前各种无线振动传感器产品已广泛应用于各个检测领域。为了克服其供电源化学电池的诸多缺点,人们将压电式供电作为当下微功耗电子设备自供电的研究热点。论文在综述国内外对压电式收集振动能量装置的研究基础上,重点围绕所采用的压电陶瓷基本特性,集电装置结构设计,能量收集电路设计以及该能量回收装置与MSP430F149芯片结合应用四个重点展开。利用实验室提供的稳定50Hz和100Hz振动源,首先实验得出整个结构的输出功率,论证了其给MSP430F149芯片供能的可能性,其次搭建了整个实验平台,实验的最终结果验证了能够实现利用压电陶瓷悬臂梁收集振动能量,该装置可以作为微功耗电子元件的供电源。第一章绪论主要介绍振动能量回收的发展概况及意义。压电陶瓷目前在低功耗电子产品供电领域应用。最后提出论文的创新点以及主要研究内容。第二章阐述了压电陶瓷工作的基本原理、基本特性。对压电陶瓷悬臂梁回收振动能量过程进行理论分析,介绍其四个重要组成部分以及目前研究现状。第三章在阐述压电陶瓷工作基本原理的基础上,对所采用的压电陶瓷悬臂梁进行ANSYS仿真分析。根据仿真结果,提出并设计了一种可以适应振动源频率的结构解决方案。第四章以现有振动源为基础,制作了压电陶瓷悬臂梁,搭建了整个实验平台。论证了利用该结构方案在MSP430F149芯片供能的可行性,设计并搭建能量回收电路,根据实验数据进行电路优化。最后完成整个压电式悬臂梁能量回收装置的制作。第五章利用整个实验装置,将其与MSP430F149低功耗芯片最小系统电路结合,编写低功耗程序,验证了利用压电陶瓷悬臂梁收集振动能量,并向低功耗电子元器件提供能量的设想。第六章对整个论文工作进行总结,论文中出现情况进行描述与分析,并对研究课题进行延伸与展望。
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