压电能量俘获结构及其升频转换技术的发展现状

作者：吴义鹏; 李森; 蓝春波; 周圣鹏; 谢维泰; 裘进浩^*; 季宏丽

来源：机械工程学报, 2022, 58(20): 27-45.

• 振动能量收集
• 压电振子
• 共振频率匹配
• 升频转换
• 内共振

压电材料作为一种良好的机电换能元件，具有体积小、成本低、工作性能可靠等优势，但如何设计压电振子高效地俘获环境振动能，仍是本领域的关键技术难题。以定频式、调频式和宽频式三类典型压电振子为代表的结构共振频率匹配设计能部分解决上述难题，但面向环境低频、超低频振动能俘获，上述振子仍面临输出功率低、可靠性差等问题，途径之一是通过机械式升频转换技术将低频激励转换成压电振子的高频振荡，同时突破超低频压电元件功率密度低的限制。几类机械式升频转换技术被区分并简要介绍，重点阐述一种借助非线性系统内共振现象实现的机械升频转换方法。内共振升频技术具有激励加速度阈值低、升频转化能量损失少等优势，进一步拓宽压电振子领域内的机械式升频转换研究。

• 单位
  中国航空无线电电子研究所; 南京航空航天大学; 机械结构力学及控制国家重点实验室; 上海卫星工程研究所