压电俘能器涡激振动俘能的建模与实验研究

宋汝君,单小彪,李晋哲,谢涛

(1.哈尔滨工业大学机电工程学院, 150001, 哈尔滨;2.东北林业大学机电工程学院, 150040, 哈尔滨)



压电俘能器涡激振动俘能的建模与实验研究

宋汝君1,单小彪1,李晋哲2,谢涛1

(1.哈尔滨工业大学机电工程学院, 150001, 哈尔滨;2.东北林业大学机电工程学院, 150040, 哈尔滨)

针对微机电系统和传感器等低能耗电子产品的持续供能问题,提出了一种涡激振动式压电俘能器。该俘能器由压电悬臂梁和末端圆柱体组成,结构简单,可在较低水流流速下产生涡激共振,得到较大的能量输出。通过数学建模和实验测试的方法,研究了水流速度和外接电阻对压电俘能器振动和俘能的影响规律。实验结果表明:压电俘能器的振动频率随流速的增大而增大,振动幅值在涡激共振时最大,输出功率受流速和外接电阻两者影响,较小外接电阻适合较高流速,较大电阻适合较低流速,压电俘能器在涡激共振处可获得最大的能量输出,当外接电阻为0.5 MΩ、流速为0.41 m/s时,实验测试得到了8.3 μW的最大输出功率。数值分析结果与实验测试结果吻合较好,验证了数学模型的正确性。

水流;涡激振动;压电俘能器;俘能

随着集成电路、MEMS和微传感器等低能耗电子产品的发展,电池供能的方式存在质量大、体积大、存储有限、需要定期更换等诸多弊端,因此亟需一种可持续的能源供给方式。同时,环境振动能分布广泛,有水动能、风动能、潮汐能、机械振动能等,其中水动能是一种清洁的可再生能源。……