微型振動(dòng)能量采集器振動(dòng)響應(yīng)機(jī)理與輸出特性研究.pdf

1、隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、無線射頻識(shí)別和各類植入式MEMS傳感器等高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子產(chǎn)品日趨微型化、集成化、無線化和便攜化，但是其供電問題一直沒有得到有效的解決。傳統(tǒng)電池、有線電源和微電池在壽命、工作條件、成本等方面的局限，使能量采集技術(shù)受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。
　　本文研究基于抗磁懸浮的微型振動(dòng)能量采集器，首先介紹了其結(jié)構(gòu)模型和工作原理，接著從抗磁懸浮的穩(wěn)定性、磁力和抗磁力三個(gè)方面進(jìn)行了理論分析。利用COMSOL Mu

2、ltiphysics對(duì)磁力和抗磁力進(jìn)行仿真計(jì)算的過程中發(fā)現(xiàn)了有限元計(jì)算的插值誤差，通過不同材料參數(shù)下計(jì)算值相減的方法消除了仿真誤差，在此基礎(chǔ)上對(duì)能量采集器的整體結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行仿真計(jì)算并得到了一套比較系統(tǒng)可靠的能量采集器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。最后進(jìn)一步分析了懸浮永磁體在不同結(jié)構(gòu)形式下的平衡間距和懸浮空間，從靜懸浮特性角度對(duì)能量采集器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供指導(dǎo)。
　　其次，從豎直和水平兩個(gè)方向?qū)勾艖腋≌駝?dòng)能量采集器在外界振

3、源激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng)情況進(jìn)行了理論分析和仿真計(jì)算，得到了豎直方向上懸浮永磁體線性振動(dòng)和非線性振動(dòng)時(shí)的固有頻率和水平方向上懸浮永磁體在激勵(lì)位移作用下受迫振動(dòng)時(shí)的固有頻率。同時(shí)在Simulink里面對(duì)懸浮永磁體在豎直和水平方向的受迫振動(dòng)進(jìn)行了仿真分析，得到了懸浮永磁體非線性振動(dòng)響應(yīng)特性?？紤]到能量采集器實(shí)際工作時(shí)可能安裝在傾斜表面，對(duì)能量采集器的整體傾斜狀態(tài)及其對(duì)振動(dòng)響應(yīng)情況的影響進(jìn)行了分析討論。
　　接著，從理論和仿真兩個(gè)方面對(duì)抗磁懸

4、浮振動(dòng)能量采集器的感應(yīng)電壓進(jìn)行分析和計(jì)算?；趹腋∮来朋w周圍的磁場分布情況，確定了銅線圈的布置方案。通過對(duì)能量采集器的感應(yīng)電壓和輸出功率進(jìn)行理論分析，得到了感應(yīng)電壓的影響因素。在COMSOL Multiphysics中對(duì)感應(yīng)電壓進(jìn)行了仿真計(jì)算，并討論了外界激勵(lì)振幅，頻率，懸浮永磁體結(jié)構(gòu)形式和銅線圈參數(shù)對(duì)感應(yīng)電壓的影響和優(yōu)化方法。
　　最后，搭建了抗磁懸浮振動(dòng)能量采集器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在外界振源激勵(lì)下，對(duì)能量采集裝置的感應(yīng)電壓進(jìn)行測試分