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随着低功耗器件的普及,无线传感器网络正悄然改变信息获取和处理的方式,但日趋减小的设备尺寸与待机时长之间的矛盾更为凸显,节点的工作寿命和电源的更换难度都对现有技术提出巨大挑战。近年来,能量采集技术的兴起为此提供一种合理可行的解决方案,用于环境能量采集的装置具有极高的发展潜力和应用前景。本文对已有的振动能量采集技术进行整理分析,提出一种新型压电-电磁复合能量采集装置用于收集流致振动产生的机械能。具体工作如下:(1)分析无线传感器网络的优势与缺陷,梳理能量采集技术发展现状,概述能量采集技术原理和流致振动理论,并对相关的数学模型和现有的能量采集装置进行介绍。(2)设计并制作了一种压电-电磁复合能量采集装置,用于采集流致振动产生的机械能,能量密度为98.88μW/cm~3,装置包括支撑结构、流固耦合结构、压电双晶片、线圈、磁铁和管理电路。支撑结构作为基础部分,为其他部件提供固定点;压电片自由端与耦合结构相连,磁铁安装在耦合结构上。耦合结构在流场中发生流致振动,将流体动能转换成电能,通过管理电路把俘获的能量存储在电容中。(3)使用COMSOL Multiphysics软件对能量采集装置工作中的物理过程进行仿真分析,包括三项内容:流固耦合仿真、压电振动仿真和电磁振动仿真,所得结论用于指导实物设计。(4)使用多种重量的质量块对PZT压电悬臂梁进行频率响应测试,研究合理的质量块范围;使用Altium Designer软件设计了一种可根据系统需求叠加片数的圆形平面线圈,有效增加电磁单元的采集效率;设计制作了一种磁极互斥装置并测试输出特性,验证其收集低频振动能的可行性,并提出其与压电悬臂梁复合进行能量采集的设计思路。(5)使用SolidWorks软件设计耦合结构并通过3D打印制作实物,包括圆形、多边形、翼形等多种截面形状的柱体,在风洞中对所设计的结构进行性能测试,分析不同耦合结构在流场中产生的振动响应。(6)为实现对俘获能量的存储与利用,针对压电单元的高压高阻特性和电磁单元的低压高电流特性,采用基于LTC3588-1和LTC3108-1芯片的能量管理电路,实现对储能元件的充放电,并通过风洞对其实际工作情况进行测试。