[發(fā)明專利]一種夾持型懸臂梁結(jié)構(gòu)振動能量測試平臺

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• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111854926A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白雪;薛亮;徐雷鈞
• 申請（專利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江聯(lián)芯微電子科技有限公司
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 南京智造力知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32382
• 代理人: 張明明

本發(fā)明公開了一種夾持型懸臂梁結(jié)構(gòu)振動能量測試平臺，涉及一種可裝載直流電機(jī)與壓電片的懸臂梁振動能量收集裝置的平臺。該平臺包括：四邊形底座、支架、夾板、直流電機(jī)。四邊形帶滑槽底座固定于水平面，兩條長邊可用來搭載電機(jī)。支架用來支撐夾板，夾板固定待測壓電片作為懸臂梁的固定端。直流電機(jī)起到激勵(lì)壓電片的作用。本發(fā)明可用于研究壓電片在線性、不同頻率下的輸出特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種夾持型懸臂梁結(jié)構(gòu)振動能量測試平臺，更具體的，涉及一種可裝載直流電機(jī)與壓電片的懸臂梁振動能量收集裝置的平臺。

背景技術(shù)

隨著微小型設(shè)備和傳感器的飛速發(fā)展,振動能量采集技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。振動能量采集技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)和生活之中,以克服傳統(tǒng)電池的更換困難和壽命有限等問題,并且振動能比其他新型能源采集效率更高,對于高空、高危、腐蝕環(huán)境下的微型機(jī)電設(shè)備供能問題,具有很好的應(yīng)用前景。

1880年，居里兄弟發(fā)現(xiàn)對壓電材料進(jìn)行擠壓時(shí)，材料的內(nèi)部的電極會產(chǎn)生一種極化現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電荷，人們對這種現(xiàn)象就定義為壓電效應(yīng)。目前，使用懸臂梁式俘能器基本上都是利用了這一原理進(jìn)行發(fā)電。將環(huán)境能量通過懸臂梁轉(zhuǎn)換為振動能，再通過壓電材料內(nèi)部發(fā)生壓電效應(yīng)進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能，最后利用儲能裝置進(jìn)行收集。

懸臂梁結(jié)構(gòu)是指一端為固定端，另一端為自由端的物理結(jié)構(gòu)。在早期理論研究中，國外學(xué)者提出了兩種建模方法。一種是集中參數(shù)動力學(xué)模型，它是將發(fā)電系統(tǒng)等效成質(zhì)量-彈簧-阻尼模型，再根據(jù)能量守恒原理和牛頓第二定律建立機(jī)電耦合模型，對系統(tǒng)進(jìn)行求解，該方法分析過程簡單且求解容易。另一種是分布參數(shù)動力學(xué)模型，它是將發(fā)電系統(tǒng)簡化為歐拉-伯努利梁，再利用歐拉-伯努利方程進(jìn)行求解。

傳統(tǒng)的線性壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)是由金屬層和壓電層組成。壓電懸臂梁的一端固定于基座，通過末端質(zhì)量塊來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的固有頻率，影響輸出電壓。傳統(tǒng)非線性磁力壓電懸臂梁是由金屬層、壓電層以及梁末端的永磁體組成。通過引入非線性磁力改變收集系統(tǒng)的剛度。相互作用的非線性磁力使系統(tǒng)的非線性勢函數(shù)具有雙穩(wěn)態(tài)，外界環(huán)境中的寬帶低頻振動作用到系統(tǒng)上時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生共振，此時(shí)壓電懸臂梁的震動幅度最大，收集的電能最多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種固定于水平面，可裝載電機(jī)與壓電片的夾持型懸臂梁結(jié)構(gòu)振動能量收集平臺。可應(yīng)用于壓電材料在線性、不同頻率下輸出電壓的研究。該平臺整體體積小，結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效控制外部振動，適于大規(guī)模的應(yīng)用。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的具體技術(shù)方案如下：一種夾持型懸臂梁結(jié)構(gòu)振動能量測試平臺，包括四邊形底座(1)、支架(2)、夾板(3)、直流電機(jī)(4)；

四邊形底座(1)固定于水平面，四邊形底座(1)的一端短邊上開有滑槽(5)，支架(2)垂直連接在四邊形底座(1)該端短邊的滑槽(5)上，且支架(2)可以在短邊的滑槽(5)內(nèi)自由滑動；夾板(3)垂直于四邊形底座(1)所在平面，且與支架(2)連接，夾板(3)開有固定槽，可以調(diào)節(jié)不同的夾點(diǎn)位置；直流電機(jī)(4)水平放置在四邊形底座(1)上；同時(shí)，四邊形底座(1)包含水平部分的滑槽(5)，支架(2)上包含垂直部分的滑槽(5)，直流電機(jī)(4)可通過四邊形底座(1)長邊上水平部分的滑槽(5)調(diào)整水平位置；夾板(3)的高度可以通過其垂直部分的滑槽(5)自由調(diào)節(jié)，直流電機(jī)(4)頂端轉(zhuǎn)軸處帶有撥片(6)；所述四邊形底座(1)、支架(2)與夾板(3)組成懸臂梁固定端，所述直流電機(jī)(4)和撥片(6)組成懸臂梁末端振動能量產(chǎn)生部分。

進(jìn)一步，夾板(3)兩端向外延伸出一定距離，用于固定壓電片，同時(shí)用作壓電片限幅保護(hù)。

進(jìn)一步，水平部分的滑槽(5)能夠靈活調(diào)整搭載直流電機(jī)(4)的位置。

進(jìn)一步，直流電機(jī)(4)通過可變的轉(zhuǎn)速帶動撥片(6)激勵(lì)壓電片，產(chǎn)生可變的振動頻率。

進(jìn)一步，直流電機(jī)(4)通過滑槽(5)改變撥片(6)擊打壓電片的位置，產(chǎn)生可變的振動頻率。