本实用新型专利技术公开了一种压电悬臂梁能量采集器，包括基板、质量块和压电晶片，所述基板的一端的上表面或/和下表面设置有压电晶片，基板的另一端与质量块相连，所述压电晶片为圆柱状。本实用新型专利技术有利于低频能量的采集，获得最大功率值，并在此基础上，获得最优电压值。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种悬臂梁采集器，特别是涉及一种压电悬臂梁能量采集器。
技术介绍
随着微机电系统的发展，微型电子器件应用范围广的优势逐渐凸显出来。当前，通 过采集微电子器件工作环境中的振动能，从而将其转换成电能的方式，已成为一种新的研 究趋势和热点研究问题。但由于器件自身的微小化的要求，使得压电晶片对力学与电学参 数的影响较大，这就需要不同形状的压电晶片。目前常用的压电晶片设计方案是根据传统矩形压电悬臂梁能量采集器理论，将矩 形压电晶片附于矩形金属基板上，质量块放置于金属基板前端。但常见的压电晶片都是按 照矩形压电晶片的要求来进行设计的，从而增加了器件的厚度，提高了器件的固有频率。 然而在生产生活以及国防等某些领域需要实现低频环境的能量采集时，这些方案 会由于采用矩形压电晶片而增大器件的固有频率，不利于低频能量的采集，这就亟需本领 域技术人员解决相应的技术问题。
技术实现思路
本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种压 电悬臂梁能量采集器。 为了实现本技术的上述目的，本技术提供了一种压电悬臂梁能量采集 器，包括基板、质量块和压电晶片，所述基板的一端的上表面或/和下表面设置有压电晶 片，基板的另一端与质量块相连，所述压电晶片为圆柱状。 本技术的压电悬臂梁能量采集器结构采用圆柱状的压电晶片有利于低频能 量的采集，获得最大功率值，并在此基础上，获得最优电压值。 在本技术的一种优选实施方式中，所述压电晶片的半径r为 3. 72X10 3-3. 92X10 3m，厚度tc为 1. 3X10 4-1· 9X10 4m。 压电晶片的半径和厚度的选择，使压电晶片的输出功率保持在最大功率的 70% -100%范围内。 在本技术的一种优选实施方式中，压电晶片的半径r为3. 91X10 3m，厚度 为 1. 62X104m;基板的长 ^为 1. 634X10 2m，宽~为 7. 82X10 3m，厚度、为 2. 55X105m; 质量块的长1"为9. 92X10 3m，宽为7. 82X10 3m，厚度为5. 04X10 3m。 该尺寸有利于电压将达到最优值，功率值达到最大值。 在本技术的一种优选实施方式中，压电晶片的材料为PZT-5H压电陶瓷。 该材料易于取得，并且具有机电耦合系数较高，介电常数大的特点，使达到的效果 更好。 在本技术的一种优选实施方式中，基板的材料为磷青铜。 采用该材料具有弹性模量大，并且能承受较大的形变，使得效果更加明显。 在本技术的一种优选实施方式中，质量块的材料为镍、铬或铜之一或者合金 组合。 该类型材料由于密度较大，有利于频率的选择。 在本技术的一种优选实施方式中，压电晶片的直径与基板的宽Wd相等。 压电晶片的直径与基板的宽相等有利于采集到的电荷值可以达到最大，从而使得 电学性能的输出较大。 综上所述，由于采用了上述技术方案，本技术的有益效果是：采用本技术 的结构有利于低频能量的采集，获得最大功率值，并在此基础上，获得最优电压值。【附图说明】 图1是本技术的结构示意图。 图2是本技术压电晶片厚度与电压之间的示意图。 图3是本技术压电晶片半径与电压之间的示意图。 图4是本技术压电晶片半径与电流之间的示意图。 图5是本技术压电晶片厚度与功率之间的示意图。【具体实施方式】 下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的 限制。 在本技术的描述中，需要理解的是，术语"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底""内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示 所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本 技术的限制。 在本技术的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连 通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可 以根据具体情况理解上述术语的具体含义。 本技术提供了一种压电悬臂梁能量采集器，如图1所示，包括基板1、质量块3 和压电晶片2,基板1的一端的上表面或/和下表面设置有压电晶片2,在本图中位于基板 的上表面。基板1的另一端与质量块3相连，压电晶片2为圆柱状。在本实施方式中，压电 晶片的半径r为3. 72X10 3-3. 92X10 3m，厚度t。为1. 3X10 4-l. 9X10 4m，压电晶片的半 径^优选为3.91父103!11，厚度1优选为1.62\10 4111;基板的长1为1.634\102111，宽％为 7. 82X10 3m，厚度、为 2. 55X105m;质量块的长 1"为 9. 92X10 3m，宽为 7. 82X10 3m，厚度 为 5. 04X10 3m。 在本技术的一种优选实施方式中，压电晶片的材料为PZT-5H压电陶瓷，基板 的材料为磷青铜，质量块的材料为镍、铬或铜之一或者合金组合。 在本实施方式中，基板的长和质量块的长均以X轴方向为准，基板的宽和质量块 的宽均以y轴方向为准，压电晶片的厚度、基板的厚度和质量块的厚度均以Z轴方向为准。 该能量采集器等效简化为一个由弹簧-质量块组成的单自由度系统。并由此当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电悬臂梁能量采集器，其特征在于，包括基板、质量块和压电晶片，所述基板的一端的上表面或/和下表面设置有压电晶片，基板的另一端与质量块相连，所述压电晶片为圆柱状。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：罗元，甘如饴，张毅，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：新型
国别省市：重庆;85
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