气体耦合式宽带/低频压电振动俘能器

摘要

为实现低频/宽频带/高强度振动能量回收及基于能量回收的主动振动控制,提出了一种气体耦合式振动俘能器.介绍了俘能器的系统构成原理,对其能量回收特性进行了理论与试验研究.理论分析结果表明,俘能器的发电能力及特性是由环境振动强度、气缸/压电振子的结构与性能参数、系统质量/背压等多种要素共同决定的;其它条件确定时,存在使电压最大的最佳频率以及使俘能器工作与否的最低临界频率;增加背压/质量可不同程度地提高俘能器的输出电压和有效带宽、降低临界频率,但对最佳频率无明显影响.采用Φ60×0.9 mm3双晶压电振子及Φ16×100mm3气缸制作了样机,测试了不同背压及质量时俘能器的电压-频率特性.结果表明,俘能器最佳/临界频率、最大输出电压及有效带宽等与背压/质量关系均与理论分析结果相吻合.不同条件下所测得的最佳频率均为55 Hz左右;背压0.4 MPa、质量10kg时所获得临界频率/最大输出电压/对应25 V输出电压有效带宽为9 Hz/88 V/72 Hz,分别为质量2.5 kg时的0.36倍、2倍和2.2倍.