[發明專利]一種壓電混合電磁能量收集器測試裝置及其測試方法

有效

• 申請號: 202010597956.X
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111929515B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 趙道利;梁剛剛;孫維鵬;黃秋紅;周捷
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01M9/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 燕肇琪

本發明公開了一種壓電混合電磁能量收集器測試裝置，包括風洞，風洞的頂部橫亙有橫梁，橫梁通過連接桿連接有懸臂梁，懸臂梁位于風洞中，懸臂梁上粘貼有壓電纖維片，壓電纖維片電接有外載電阻，懸臂梁遠離連接桿的一端固接有端部質量塊，端部質量塊的兩側均吸附有圓柱磁鐵，兩個圓柱磁鐵相對，靠近圓柱磁鐵設置有加持架，加持架靠近圓柱磁鐵的一端加持有線圈，線圈電接外載電阻，本發明一種壓電混合電磁能量收集器測試裝置的測試方法，解決了現有技術中存在的采集器振動不穩定的問題。

技術領域

本發明屬于壓電混合電磁能量收集器測試技術領域，涉及一種壓電混合電磁能量收集器測試裝置，還涉及上述一種壓電混合電磁能量收集器測試裝置的測試方法。

背景技術

近年來，振動能量采集領域的研究受到國內外學者的廣泛關注。壓電混合電磁能量收集器是一種能夠將大自然中廣泛存在的，目前無法直接利用的風能轉換為電能的裝置，能夠對諸如MEMS、傳感器件等微電子設備提供電能，具有廣泛的應用前景。壓電混合電磁能量收集器一般采用懸臂梁結構，利用壓電材料的正壓電效應和電磁感應，能有效地將環境中的振動能轉化為較高能量密度形式的電能。

以往壓電能能量收集器方面的研究主要集中在壓電能方面，而將壓電效應和電磁感應混合起來的能量收集器的研究相對較少，把單方面壓電能能量收集器的應用擴大到壓電混合電磁能量收集器將會產生非常多的應用形式，研究潛力巨大，應用前景也十分可觀。目前的壓電能能量采集器大多是簡單的將風直接沖擊到與懸臂梁相連的端部質量塊上，使懸臂梁產生變形帶動壓電材料的變形從而產生電能，這種形式的采集器振動不穩定，采集的電能頻率和幅值都不穩定，對于其所供電的傳感器有損害，影響其使用壽命。

發明內容

本發明的第一目的是提供一種壓電混合電磁能量收集器測試裝置，解決了現有技術中存在的采集器振動不穩定的問題。

本發明的第二目的是提供一種壓電混合電磁能量收集器測試裝置的測試方法。

本發明所采用的技術方案是，一種壓電混合電磁能量收集器測試裝置，包括風洞，風洞的頂部橫亙有橫梁，橫梁通過連接桿連接有懸臂梁，懸臂梁位于風洞中，懸臂梁上粘貼有壓電纖維片，壓電纖維片電接有外載電阻，懸臂梁遠離連接桿的一端固接有端部質量塊，端部質量塊的兩側均吸附有圓柱磁鐵，兩個圓柱磁鐵相對，靠近圓柱磁鐵設置有加持架，加持架靠近圓柱磁鐵的一端加持有線圈，線圈電接外載電阻。

本發明的特點還在于：

端部質量塊采用樹脂D打印的質量塊，端部質量塊兩側面的重心處均開有開孔，兩個開孔之間的距離為3mm。

風洞高度大于3倍的端部質量塊的高度。

連接桿的一端貫穿橫梁后通過頂絲與橫梁固定連接，連接桿的另一端固接懸臂梁。

線圈為漆包銅線線圈。

一種壓電混合電磁能量收集器測試裝置的測試方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1、將端部質量塊迎風面正對風的來流方向；

步驟2、調節風洞風速至起振風速，在外載電阻R為零的情況下，分別測量外載電阻兩端的開路電壓，記錄電壓信號；

步驟3、逐步增加外載電阻R，每ΔR為一個增加量，分別測量外載電阻兩端的電壓，并記錄電壓信號，記錄的電壓信號作為分析壓電混合電磁能量收集器能量變化的數據；

步驟4、保持風速不變，改變圓柱磁鐵和線圈之間的距離L，以每ΔL為一個增加量，重復步驟，直到所有需要測量的間距都測試后，進入下一步；

步驟5、逐步增加風速V，以ΔV為一個增加量改變風速，重復步驟和步驟，直到達到最大風速。

步驟6、更換不同端部質量塊，使得質量塊迎風面正對來流方向，重復步驟、步驟、步驟。