【技术实现步骤摘要】
一种宽频域自调谐双稳态振动能量采集器
本技术涉及微能源采集领域,特别涉及宽频域自调谐双稳态振动能量采集器及采集方法。
技术介绍
微机电系统(MEMS)是由微机械基本部分、微能源和电子集成线路组成的微机电器件、装置或系统,在生物、医疗、环境监测、军事及工业自动化控制等领域得到广泛应用,是21世纪重要的研究领域。目前在该领域的能源集成研究中电源使用寿命短的问题亟待解决。尤其针对高集成度嵌入式系统,电池供电带来明显的缺陷。在某些特殊的应用场合,如易燃易爆等,电池更换十分困难,且废旧电池中含有重金属,处理不当易造成环境污染,由于供电方面的种种原因限制了许多器件的使用与推广。除此之外,伴随着能源需求的增长与化石能源短缺之间的矛盾日益显著,人们开始着眼于对替代能源的开发与利用。压电发电是利用压电陶瓷等压电材料的正压电效应,将环境中的振动能量转换为电能的一种发电方式。它以发电结构简单紧凑、易于集成、成本低等突出优势,尤其适用于低功耗自供电微电子产品而受到研究者们的关注。现有的压电发电系统大多是线性系统,固有频率单一,且只有当激励频率接近固有频率时才会有较高的输出,导致压电发电系统的响应频域很窄。而环境中的振动往往是宽频域、非周期的,为了在更宽频域内获得能量,就需要能量采集器能够实现频率调谐或具有更宽的响应频域。现有的频率调谐方法主要分为主动和被动调谐两种方法。主动调谐主要通过外接制动装置调节系统的固有频率,以匹配环境的振动频率。由于制动器需要持续工作,导致这种方式耗能较大,会降低能量采集器的采集输出功率,在能量采集领域并不是最优方案。被动调谐则是通过手动或人为的加入外力 ...
【技术保护点】
1.一种宽频域自调谐双稳态振动能量采集器,其特征在于:包括双稳态能量采集核心结构、Z方向位移调节装置、Y方向位移调节装置、支撑基座、磁铁Z方向位移调节装置一、磁铁Z方向位移调节装置二;其中Y方向位移调节装置与支撑基座上方中部固定连接,磁铁Z方向位移调节装置一和磁铁Z方向位移调节装置二分别与支撑基座上方固定连接、且位于Y方向位移调节装置两侧,Z方向位移调节装置与Y方向位移调节装置上部固定连接,双稳态能量采集核心结构与Z方向位移调节装置上部固定连接。
【技术特征摘要】
1.一种宽频域自调谐双稳态振动能量采集器,其特征在于:包括双稳态能量采集核心结构、Z方向位移调节装置、Y方向位移调节装置、支撑基座、磁铁Z方向位移调节装置一、磁铁Z方向位移调节装置二;其中Y方向位移调节装置与支撑基座上方中部固定连接,磁铁Z方向位移调节装置一和磁铁Z方向位移调节装置二分别与支撑基座上方固定连接、且位于Y方向位移调节装置两侧,Z方向位移调节装置与Y方向位移调节装置上部固定连接,双稳态能量采集核心结构与Z方向位移调节装置上部固定连接。2.根据权利要求1所述的一种宽频域自调谐双稳态振动能量采集器,其特征在于:所述双稳态能量采集核心结构包括十字形谐振梁、下基座、上基座、环形滚子轴承、紧固螺钉一、紧固螺钉二;其中所述下基座与上基座通过紧固螺钉一固定连接,环形滚子轴承分别位于下基座的下基座中心槽、上基座的上基座中心槽中,十字形谐振梁位于下基座的下基座十字形槽和上基座的上基座十字形槽中,紧固螺钉二用于与Z方向位移调节装置上部固定连接;所述下基座包括下基座十字形槽,下基座中心槽,极限位置一,极限位置二,下基座螺纹孔一,下基座螺纹孔二;所述上基座包括;上基座十字形槽,上基座中心槽,上基座螺纹孔;所述下基座十字形槽和上基座十字形槽相同;所述十字形谐振梁的上、下表面与环形滚子轴承接触,上基座与下基座分别通过上基座螺纹孔和下基座螺纹孔一由紧固螺钉一固定连接。3.根据权利要求2所述的一种宽频域自调谐双稳态振动能量采集器,其特征在于:所述十字形谐振梁包括:右侧压电拾振结构、左侧压电拾振结构、左侧梁末端磁铁、右侧梁末端磁铁、肋板、本体;其中,本体的中部有肋板,右侧压电拾振结构、左侧压电拾振结构分别与肋板两侧的本体的上部固定连接,左侧梁末端磁铁、右侧梁末端磁铁分别与本体两端固定连接;下基座十字形槽、上基座十字形槽的Y向尺寸大于肋板的尺寸。4.根据权利要求1所述的一种宽频域自调谐双稳态振动能量采集器,其特征在于:Z方向位移调节装置包括:上支撑板、调节旋钮、传动结构、菱形伸缩架、下支撑板、紧固螺栓一,其中上支撑板包括上支撑板螺纹孔,四个上耳座,上耳座螺纹孔;下支撑板包括四个下耳座,下耳座螺纹孔,下支撑板螺纹孔;每个菱形伸缩架分别由四根伸缩臂和四个铰接螺栓构成,菱形伸缩架Z方向的两个铰接螺栓还分别通过上耳座螺纹孔、下耳座螺纹孔将上支撑板与下支撑板铰接;每个菱形伸缩架Y方向的两个铰接螺栓还分别通过传动结构保持梁螺纹孔将传动结构与菱形伸缩架铰接,且传动结构置于上支撑板、下支撑板之间,调节旋钮与传动结构的主传动阶梯轴固定连接;紧固螺栓一用于Z方向位移调节装置与Y方向位移调节装置之间的连接;所述传动结构包括传动结构保持梁一、传动结构保持梁二、传动结构保持梁三、传动结构保持梁四、传动结构保持梁螺纹孔、传动结构保持梁光孔一、传动结构运动保持梁光孔二、传动杆、主传动阶梯轴、紧固螺栓二;其中主传动阶梯轴的阶梯左侧通过传动结构保持梁三上的传动结构运动保持梁光孔,主传动阶梯轴左前端与传动结构保持梁四旋接固定,两根传动杆分别穿过传动结构保持梁四和传动结构保...
【专利技术属性】
技术研发人员:王东方,宋杰,刘欢,单冠淞,杨旭,王昕,刘欣,殷志富,
申请(专利权)人:吉林大学,
类型:新型
国别省市:吉林,22
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