梯形悬臂梁压电振动俘能器的特性研究

马天兵，贾世盛，丁永静，尹梦涵

(1.安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室，安徽淮南 232001; 2.安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南 232001)

0 引言

随着无线传感器节点技术的不断发展，无线传感网络已在环境监测和物联网等领域显现出实际应用价值[1-2]。目前，大多数无线传感网络以传统化学电池为其供电，但化学电池不仅存在容量有限、恶劣环境下难以更换等缺点，而且体积较大，限制无线传感网络的微型化和集成化[3]。为了解决无线传感网络长期稳定供电的难题，国内外专家学者致力于环境能量俘获技术的研究[4-5]。

由于振动能在自然环境中无处不在，并具有较高的能量密度，所以常作为环境能量俘获技术的能量源。根据转换机理的不同，振动俘能器可以分为压电式[6]、电磁式[7]和静电式[8]。压电式振动俘能器有较高的能量密度、不受电磁干扰、结构简单以及易于微型化等优点，得到了广泛的关注和应用[9-10]。

易志然[11]等设计了一种阶梯梁压电振动俘能器结构，实验研究结果表明：梁根部加强有助于压电材料利用率的提高以及发电功率的增加。王海[12]等设计了一种多质量块宽频压电能量收集器，实验研究结果表明：随着质量块数量的增加，压电悬臂梁的一阶固有频率降低、频宽增大和输出功率增加。但多质量块结构缺点是对激励响应的敏感程度不如单质量块结构，而且多质量块结构体积较大，不利于压电能量收集器的微型化。……