线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器动力学特性研究1)

张旭辉 陈路阳 陈孝玉 徐冬梅，† 朱福林 郭 岩

*(西安科技大学机械工程学院，西安 710054)

† (陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室，西安 710054)

引言

无线监测技术在设备监测和安全监测等领域的应用越来越广泛[1-3]，但无线监测系统的续航问题一直制约其发展，化学电池供电存在维护成本高、环境污染和寿命有限等问题[4].振动能量俘获技术可以将环境振动能收集并转换为电能，有望实现无线监测系统自供电[5-8].

压电悬臂梁俘能器具有结构简单、尺寸紧凑等优点，国内外学者对此开展了大量的研究工作[9-12].经典的线性压电俘能器只能在其共振频率附近有效工作，当环境激励频率远离俘能器共振频率时，俘能器可俘获的能量显著减少，这一问题严重制约俘能器的实际应用[13].为提升俘能器俘能性能，研究人员提出了各种拓频方法，根据不同原理，可分为线性拓频和非线性拓频[14]，线性拓频方式主要包括:多悬臂梁阵列[15]、L 型梁[16]、多自由度梁[17].尽管上述结构能够有效拓宽俘能频带，但就其结构中单一悬臂梁而言，其工作频带宽度仍然很窄，系统结构尺寸较大，单位体积的俘能效率并不高.非线性拓频方式主要有:加装弹簧[18]、限制振幅[19]和磁场耦合[20]等方法，非线性方法能够拓宽单一悬臂梁的工作带宽，在各种非线性拓频方法中，引入非线性磁力的俘能器结构较为简单，在磁力作用下，俘能器能够在双稳态、三稳态甚至更多稳态下运行[21-23].为比较三稳态……