非线性振动能量俘获技术的若干进展1)

杨 涛 周生喜 曹庆杰 张文明 陈立群*

* (西北工业大学力学与土木建筑学院，西安 710072)

† (西北工业大学航空学院，西安 710072)

** (哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150001)

†† (上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海 200240)

*** (哈尔滨工业大学(深圳)理学院，广东深圳 518055)

引言

振动能量俘获是发展低功耗传感器和嵌入式电子设备，建立结构健康监测、生命健康监测、环境监测、灾难性事故预防和军事侦察等必不可少的重要环节，尤其在飞行器控制系统和遥测系统供电试验、海底传感器供电试验、人体健康监测试验等领域中发挥了重要的作用[1-3].通过振动能量俘获能够对电池进行充电或直接为设备供电，以延长无线传感器网络和物联网等的工作时间，提高设备的可靠性.同时，该技术还能减少有害振动保护仪器设备，因此具有十分广阔的学术价值与工程应用前景.

实际环境激励普遍存在多方向、宽频带、多成分及低频非线性等特点，从而制约了振动能量俘获试验效能的进一步提升.例如，人造地球卫星、载人飞船、空间探测器、武装直升机、战略导弹等先进飞行器的结构振动具有如下特征:一是结构轻质、阻尼小、间隙多，易产生低频非线性振动;二是环境动载荷复杂，具有多样性、多维性等特征.振动能量俘获的核心在于设计与实际应用环境相匹配的高性能俘获系统，主要涉及电路设计和结构设计[4-5].结构创新研究主要从最初的简单构型不断向宽频带……