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如何向微电子产品无线供能是当前研究的一个热点问题。由于电池供电本身的缺陷和使用环境的限制,使人们更加热衷于研究无源供能技术。由压电材料制成的压电发电装置具有不发热、无电磁干扰、无污染,结构简单,易于加工制作和实现机构的微小化、集成化等优点,因而备受关注。近年来,将压电材料产生的电能用作驱动微功率电器电源的研究才刚刚开始,但已经展示出压电发电与能量存储技术的光明前景。 本文在查阅了大量文献的基础上,针对悬臂梁式压电俘能器进行了理论和实验研究。从压电方程和热平衡出发,建立了压电片与基板的厚度比与输出电压数学模型,得出了不同基板材料的最佳厚度比;建立矩形、梯形、三角形压电振子与输出电压的数学模型,对俘能系统进行了形状优化,从而提高俘能效率。 在理论分析的基础上,对悬臂梁式压电俘能器进行有限元分析及模拟,得出了悬臂梁式俘能器结构参数变化对输出电压和固有频率的影响;矩形、梯形、三角形等不同压电振子形状对输出电压的影响;压电片重合度对输出电压的影响,进一步验证了理论的正确性。在此基础上,对压电俘能系统进行了电路调试并对激励装置进行了振动测试,确保实验的有效进行。 最后,建立了悬臂梁式压电俘能器俘能实验系统,考察了矩形、梯形、三角形不同形状压电振子的电压输出以及功率输出,发现三角形压电振子的输出功率最高,俘能性能最好;考察了不同厚度比对电压及功率的影响,得出了磷青铜单晶片的最佳厚度比;考察了不同重合度对振子电压和功率的影响,得出了压电双晶片的最佳重合度,并针对最佳重合度的悬臂量式压电俘能器进行了俘能实验研究。