原创 在压电振动能量收集器建模中功率放大器的应用

实验名称：垂向动磁式压电振动能量收集器建模及实验研究

研究方向：为了改善单悬臂梁压电能量收集器的性能

实验内容：

为了改善了单悬臂梁压电能量收集器的性能，设计了一种垂向动磁式压电振动能量收集结构。针对该结构建立了集总参数压电耦合模型并进行数值仿真，同时搭建实验平台对结构性能进行评价。

测试设备：示波器、能量收集电路、信号发生器、功率放大器、电磁激振器、加速度计等。

实验过程：

实验平台的激励部分是由函数发生器、功率放大器和电磁激振器组成，实验中通过函数发生器调节频率进行向上扫频测试。测量部分由加速度测量及能量测量功能组成，加速度测量由加速度计及附加的信号调理器完成，加速度计固定在亚克力底座上，以对激励的加速度进行标定与测量。

压电材料通过导线与能量收集电路连接，电路中加入电阻作为负载，以方便对能量收集装置的性能进行测试。负载两端及IEPE加速度传感器的输出均直接接入示波器，直接记录系统输出电压及加速度情况。

实验结果：

（1）低频排斥与咼频吸引模式呈现咼峰宽频带特性，高频排斥与低频吸引呈现了双峰值特性，低频排斥模式更易于应用。

不同负载下的电压和功率曲线

（2）集总参数模型在可接受误差范围以内可以有效预测结构性质，幅值的预测误差小于7%,可以用于VMM-PVEH的设计与参数优化。

（3）在不同的磁感应强度下均存在最优的磁铁距离值，随着磁感应强度的增大，最优距离值变大，各最优值下的峰值近似。

（4）在本文所述的最优化参数条件下,系统峰值功率可提高42.7%，带宽可提高40. 6%。