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微系统和无线平台的发展为低功耗传感器的应用打开了一扇门。对于很多内置传感器单元常常无法与外界进行有线的联系,但是又需要在整个生命周期内提供内置电源。由于振动俘能器可把环境中的振动能量转换成电能,可成为一种长期有效的能量来源,因此在近年来得到了大量的关注。振动俘能器的关键特性是在振子自振频率附近一个很窄的频率范围内具有较高的能量转换效率,超出这个频率范围,俘能器的能量转换效率将会大大降低而失去实用价值。所以本文提出一种新型的频率可调压电-电磁复合式俘能装置,扩大频率适用范围,使得俘能器能应用于更多的场合。 首先本文回顾了各种俘能器的发展历史,讨论了目前俘能器的研究现状。针对传统振动俘能器适用频率窄、能量转换手段单一等缺点,提出一种通过调节振子支座位置实现频率可调的压电-电磁复合式俘能装置。接着建立了振动俘能器的力学模型,论证复合式俘能系统的理论可行性,通过ANSYS与Ansoft Maxwell对俘能器的输出特性进行有限元仿真,研究了影响输出功率的相关参数,主要包括移动支架位置、环境振动频率,以及外接电路。并利用Matlab利用仿真结果,优化俘能结构,进一步探讨压电单元与电磁单元的参数对复合式俘能器输出功率的影响,比较压电-电磁复合式能量与单一发电单元的能量转换效率。 最后设计并制作了频率可调复合式俘能器样机,搭建相应的测试平台,对俘能器样机的输出特性进行试验研究,探讨外接负载、不同环境加速度以及移动支架位置对俘能器输出特性的影响。实验结果表明,俘能系统存在最优负载,俘能器输出功率与输入加速度成正相关。阻尼衰减实验表明调节可移动支架可以改变系统的谐振频率,并且在不同的振动频率下,最佳输出峰值出现在移动支架不同的位置,实验结果与仿真结果基本吻合。