压电换能器设计与能量获取特性研究(编辑修改稿)

压电换能器设计与能量获取特性研究(编辑修改稿)内容摘要：

83。 （ 310） 将（ 32），（ 33）中参数带入（ 310）中可以得到功率和材料性能以及结构尺寸的数学关系： P=VC2/R=ω2u02Re312h12b2(h1+h2)2/[（ 2ωblRεs33+π h1） 2l2]（ 311） 可见，采集能量的功率 P 与振动的频率，振幅，几何尺寸，电路负载有关。 其中，振动频率是至关重要的因素。 当外界振动达到模型的基频谐振频率是（ ω=ω0）时，振幅最大，获取的电压和功率可以达到峰值 [23]。 因此，振动能量采集装置的结构设计与所涉及的应用环境是密切相关的，应用必须基于振动频谱的基本特性。 谐振频率的推导 江苏科技大学本科生毕业设计（说明书） 6 当压电悬臂梁在其谐振频率下振动时，其输出电压达到最大值。 因此谐振频率是压电式振动能量采集装置的一个重要参数。 对于悬臂梁的谐振频率来说，不能简单的由梁结构的谐振频率代替，而必需要考虑末端质量块的作用。 设压电层的总厚 度 H=h1+h2， h1是 PZT 的厚度， h2是不锈钢的厚度。 又设PZT 的杨氏模量和密度分别为 E1,ρ1，不锈钢材料的杨氏模量和密度分别为 E2， ρ2，对于压电层，其厚度，等效杨氏模量和等效密度可以分别表示为： h=h1+h2 (312) E=（ E1h1+E2h2） /(h1+h2) (313) ρ=(ρ1h1+ρ2h2)/(h1+h2) (314) 其基频谐振频率可以表示为： ω0=错误 !未找到引用源。 *错误 !未找到引用源。 (315) ω0是梁的基频谐振频率； k 是梁的弹性常数， m是质量块的质量， 错误 !未找到引用源。 是梁的有效质量，对于矩形悬臂梁， = (316) (近似为 的系数为铁木辛柯梁理论推导而得 ) k=Eh3B/(4l3) (317) 将 (316)， (317)带入 (315)中得： ω0=错误 !未找到引用源。 *错误 !未找到引用源。 (318) E 是材料的杨氏模量； h 是梁的厚度； b 是梁的宽度； l 是梁的长度。 ρ是材料的密度。 第四部分：结论与小结 悬臂梁长度对输出压的影响 江苏科技大学本科生毕业设计（说明书） 7 图 41 PZT 长度对电压影响对比图 两条曲线的趋势相差不多，由上面图可以看出悬臂梁结构内部应力与固定端最大，而越朝着自由端逐渐递减，也使得压电层长度越短是，其内部平均应力越大，导致 VS越高。 压电层厚度对输出电压的影响 图 42 PZT 厚度与不锈钢厚度影。