非线性压电俘能技术研究现状及趋势分析

陈孝玉，张旭辉，左 萌，汪 林，佘 晓，陈路阳

(1.西安科技大学机械工程学院；陕西西安 710054；2.遵义师范学院工学院，贵州遵义 563006； 3.陕西省煤矿机电设备智能检测与健康维护重点实验室，陕西西安 710054)

0 引言

能源问题已成为全世界共同关注的问题，各国科技者都在致力于发展新型能源以及克服传统能源所带来的问题。当前无线传感网络节点大多采用电缆或电池供电，电缆供电布线复杂，需要电源有线连接，严重影响无线传感技术的应用；化学电池电能输出稳定，但其能量容积有限，需要定期维护或者更换，频繁更换或者维护电池不仅增加使用成本，而且在一些特殊场合的应用变得极为不便甚至难以触及，如野外监测、人体内、深海等无线传感器的应用。同时，化学电池废弃对环境构成严重的污染也是亟待解决的问题。考虑到无线传感器等电子产品功耗较低，可以通过俘获外界能量以为其提供电能实现自供电。环境中的能量包括：太阳能、温差能、噪声和振动等，太阳能和温差能受天气条件的影响大，难以满足微电子产品稳定供电的需求，而振动和噪声广泛存在于环境中且不受气候条件的影响。将振动能量转化为电能有压电式、电磁式、静电式等转换方式[1]。相对而言，压电式转换方式具有能量密度高、结构简单、易于和微电子产品结合等优点[2]。

在早期的压电能量转换技术研究中，研究者多集中在单自由度的线性压电俘能器，线性压电俘能器有效工作频带很窄，一旦外界频率偏离其固有频率后，电能输出会急剧下降[3]。……