轨道车辆轴箱传感用压电梁振动发电特性分析

黄如艳，周 炯，郑树彬，丁亚琦，彭乐乐

（1.上海工程技术大学城市轨道交通学院，上海201620；2.上海地铁维护保障有限公司，上海200031）

将传感器安装于轨道车辆轴箱处是实现车-轨动力学测量、轴及轴承检测的主要手段之一[1–2]。随着传感器自身功耗的降低[3]，通过吸收环境能量实现自驱动式工作已经成为传感器一种发展趋势[4–5]。受轮轨作用力的影响，轨道车辆在运行过程中产生较大的低频振动，利用压电梁能量俘获器收集振动能量[6]可为车载微型传感器供电。

如何在轨道车辆所处低频振动环境中实现压电梁能量转换最大化是解决传感器供电的关键。曹东兴等[7]根据矩阵传递法设计二级阶梯变厚度悬臂梁，通过仿真研究梁几何参数对固有频率的影响，获得输出电压频响曲线，通过改变几何参数实现输出电压最大从而提高发电能力。夏光辉等[8]采用Hamilton变分原理建立端部附加质量块压电梁的非线性机电耦合运动微分方程，利用增加质量块降低固有频率，拓宽俘能频带从而实现发电能力最大化。杨菁等[9]利用分布参数模型解析解修正集总参数模型的近似解，得到梁自由端与固定端宽度比随系统固有频率变化的规律，有利于系统与环境谐振从而提高发电能力。满大伟等[10]采用多尺度法建立双稳态悬臂梁式压电俘能分布参数模型，得到减小系统阻尼比可拓宽频带并获得较高输出的结论，通过优化设计和调节参数实现能量转化效率最大化。……