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摘要
能量回收技术是目前解决无线传感器网络供电问题的替代方案之一,利用环境中的清洁能源发电供能既保护了生态环境,又可以解决电池更换带来的维护问题,其中风能因分布广泛、清洁可再生而被视为有发展价值的环境能量源。在风能回收技术中,基于弛振效应的悬臂梁结构因其起振风速低、风速范围大而被用来实现风能到机械能的转换,压电材料因其结构简单、输出功率大而被广泛用来实现机械能到电能的转换,而能量回收接口电路对提高能量回收效率至关重要。本文以基于弛振效应的L型压电悬臂梁风能回收装置为研究对象,对比分析不同类型能量回收接口电路下的风能回收特性,主要工作和创新点包括:(1)分析压电悬臂梁弛振风能回收装置的结构和工作原理,建立L型压电悬臂梁的机电耦合理论和等效电路模型,通过模态、静态和流固耦合仿真分析L型压电悬臂梁的弛振特性。(2)分析四种经典压电能量回收接口电路的理论特性,设计四种接口电路并建立了电路仿真模型,仿真对比分析四种接口电路的工作电压波形和负载输出特性。(3)制作L型压电悬臂梁风能回收装置并搭建能量回收接口电路,实验测试分析风能回收装置的振动特性以及回收电路特性,对比分析四种接口电路下的L型压电悬臂梁弛振风能回收特性。本文提出的L型压电悬臂梁风能回收系统性能优异,在特定接口电路下输出功率得到大幅提高,有望成为野外无线传感器网络系统的有效供电电源。
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