水流管道压力脉动能量采集器实验研究

曹东兴， 段祥健， 张伟

(1.北京工业大学 材料与制造学部， 北京 100124；2.机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室， 北京 100124；3.北京强度环境研究所， 北京 100076)

随着智能化电子器件的发展，越来越多的低功耗小型用电器在日常生活中普遍出现，目前其电源技术常用传统化学电池，存在环境污染、使用寿命有限及更换成本高等缺点。振动能量采集技术基于各种机电转换原理，如压电式、静电式、电磁式等原理将环境中存在的废弃的机械能转换为可储存的电能为低功耗电子元器件供电，从而取代传统的化学电池[1-4]。压电式振动能量采集器基于压电材料的正压电效应将振动产生的机械能转换为可储存的电能，具有能量密度高、响应快、寿命长、无污染、结构简单且易于集成到微电子系统等优点，成为近年来该领域的研究热点[5-11]。自然界和工程流体管道中广泛存在着流体环境，流体的流动蕴含着丰富的能量，基于流致振动的压电能量采集技术得到了研究学者的广泛关注。文献[12-15]提出多种流致振动压电俘能器结构并对其进行了系列研究。Sun等[16]针对低流速流体设计了具有不同扰流体结构形式的流致振动俘能器，并进行了理论和实验研究。Wang等[17]提出2个正交相连的双梁多向流致振动俘能器并验证该结构具有良好的拓宽频带的优点。

目前，针对流致振动的能量采集研究较多，但是，在现代工业领域存在大量的压力管道，将压力脉动产生的振动能量进行采集并为管道的监测和检测设备提供电源，既能节省能源，又可以提高相关设备的智能化水平。……