悬臂梁压电能采集器模型与实验验证

"该文研究了悬臂梁压电振动能采集器的集总参数模型，并进行了实验验证，主要关注能量采集、振动、压电材料、悬臂梁结构以及集总参数模型的应用。" 本文详细探讨了压电振动能采集器在无线传感网络中的应用，特别是悬臂梁结构的压电能量采集器。由于其能够从环境振动中获取能量，为无线传感器节点提供自主电源，这种技术近年来受到了广泛的关注。研究中，作者考虑了质量块和逆压电效应的影响，这在实际应用中是非常重要的因素，因为它们会直接影响能量采集效率。 首先，作者建立了一个基于基础激励的悬臂梁压电振动能采集器的集总参数运动微分方程。通过这种方法，他们能够分析采集器的动态行为，并得到固有频率的解析表达式。固有频率是决定能量采集性能的关键参数，因为它决定了设备对特定频率振动的响应能力。 接着，为了适应不同的压电层连接方式（单压电层、双压电层并联和串联），研究者引入了两个常数来构建一个通用的耦合电路方程。这个模型的灵活性使得它能够处理各种压电层配置，从而拓宽了压电能量采集器的设计空间。 通过对这些方程的求解，研究者得出了在简谐基础激励下采集器的输出电压表达式。输出电压是评估能量采集器性能的关键指标，因为它直接关系到供电能力。 实验结果证实了理论模型的准确性和实用性，固有频率和输出电压的理论计算值与实验测量值的相对误差分别小于10%和20%。这意味着模型的预测与实际表现高度吻合，为设计和优化压电能量采集器提供了可靠的理论基础。 此外，这项研究还得到了多项国家级科研项目的资助，包括863计划和国家自然科学基金，表明了这一领域的研究对于科技进步和技术创新的重要性。作者贺学锋等人在文中详细阐述了他们的工作，展示了在纳米技术和精密工程领域的深度理解，以及在能量采集领域做出的贡献。 这篇研究通过建立精确的集总参数模型，为压电振动能量采集器的设计、分析和优化提供了有力的工具，同时也为未来在此领域的进一步研究奠定了坚实的基础。