發(fā)布時間：2024-06-12 03:24

　　在中國,大大小小的森林數(shù)目眾多,森林的各項環(huán)境指標(如溫度、濕度、雨量等等)需要使用無線傳感網(wǎng)絡對其進行實時監(jiān)控,然而一個監(jiān)測系統(tǒng)上布局的傳感器數(shù)目繁多,對其更換電池相當不易�？紤]到森林中風能資源無處不在且風向多變,針對森林中風能的這些特點,本文設計出一款風速杯式壓電風能收集器,把環(huán)境周邊的風能轉(zhuǎn)換成電能,為監(jiān)測森林環(huán)境的傳感器系統(tǒng)提供持續(xù)不斷的電能。希望可以為森林中傳感器節(jié)點更換電池難的問題,提供一個可行的解決方案。本文查閱了大量有關風能收集的國內(nèi)外文獻,分析和總結(jié)了各種風能收集器的工作原理和優(yōu)缺點,針對森林中風能方向多變的特點,設計出一種風速杯式壓電風能收集裝置。首先,回顧了壓電材料的發(fā)電機理,對壓電懸臂梁的組成及固定方式做出了總結(jié),演算和推導出三種形狀的壓電懸臂梁的應變表達式,給出了壓電風能收集裝置的三維模型并介紹了其工作的基本原理;然后,使用ANSYS Workbench仿真軟件對三種形狀的壓電懸臂梁進行了靜力學仿真分析,驗證了應變表達式的合理性,研究了尺寸參數(shù)和材料參數(shù)對壓電懸臂梁產(chǎn)生電壓的影響規(guī)律,此外對壓電懸臂梁的動態(tài)特性進行了仿真分析,為后續(xù)的實驗測試部分選取合適尺寸的...

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 振動能量捕獲的分類與特點
    1.3 微型風能收集器國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 壓電風能收集器的工作原理
    2.1 壓電理論基礎
        2.1.1 壓電效應
        2.1.2 四類壓電方程
        2.1.3 壓電基本參數(shù)
    2.2 壓電振子
        2.2.1 壓電振子的支撐方式
        2.2.2 壓電振子的工作模式
        2.2.3 壓電振子的連接方式
    2.3 壓電振子的俘能機理
    2.4 不同形狀的壓電懸臂梁發(fā)電能力分析
    2.5 風能收集器的結(jié)構(gòu)設計
        2.5.1 結(jié)構(gòu)的設計及工作原理
        2.5.2 材料的選擇
    2.6 本章小結(jié)
第3章 壓電風能收集器主要部件的參數(shù)優(yōu)化及仿真分析
    3.1 有限元法簡要介紹
    3.2 三種形狀的壓電懸臂梁有限元仿真分析
        3.2.1 壓電懸臂梁的材料及壓電參數(shù)
        3.2.2 壓電懸臂梁外觀尺寸及邊界條件施加
        3.2.3 壓電懸臂梁靜力分析結(jié)果
    3.3 壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
        3.3.1 懸臂梁長度、寬度對產(chǎn)生電壓的影響
        3.3.2 金屬基片厚度與壓電陶瓷片厚度對產(chǎn)生電壓的影響
        3.3.3 壓電陶瓷片與金屬基片長度比對產(chǎn)生電壓的影響
        3.3.4 基板材料對懸臂梁產(chǎn)生電壓的影響
    3.4 壓電懸臂梁的模態(tài)分析
        3.4.1 壓電懸臂梁的長度對其固有頻率的影響
        3.4.2 壓電懸臂梁的寬度對自身固有頻率的影響
    3.5 壓電懸臂梁的諧響應分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 壓電風能收集器的樣機制作與實驗研究
    4.1 風能收集器的樣機制作
        4.1.1 收集器的主體部分制作
        4.1.2 壓電懸臂梁的制作
    4.2 能量收集模塊的設計與制作
        4.2.1 能量收集基本原理
        4.2.2 能量收集電路的設計
    4.3 實驗平臺搭建
        4.3.1 系統(tǒng)原理設計
        4.3.2 實驗平臺的搭建
    4.4 風能收集器的實驗特性分析
        4.4.1 風速對壓電懸臂梁輸出電壓和功率的影響
        4.4.2 外接負載對壓電懸臂梁輸出電壓和輸出功率的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 回顧與總結(jié)
    5.2 工作展望
致謝
參考文獻
附錄



本文編號：3993152