[發明專利]一種基于T形梁的超材料壓電振動能量采集裝置

在審

• 申請號: 202110442435.1
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113179045A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 袁天辰;孔堯堯;楊儉;宋瑞剛
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

本發明涉及一種基于T形梁的超材料壓電振動能量采集裝置，包括金屬基底、金屬長梁、多個壓電能量采集器；所述壓電能量采集器包括：金屬短梁、壓電陶瓷、金屬質量塊；所述金屬長梁位于所述金屬基底的上方，且所述金屬長梁與所述金屬基底垂直，構成T形梁結構；所述金屬短梁位于所述金屬長梁左右兩側面；所述壓電陶瓷位于所述金屬短梁固定端的上表面和下表面；所述金屬質量塊位于所述金屬短梁的自由端。與現有技術相比，本發明具有夠克服單個壓電振動能量采集裝器工作帶寬窄的問題，提高振動能量采集器的能量采集效率等優點。

技術領域

本發明涉及振動能量采集技術領域，尤其是涉及一種基于T形梁的超材料壓電振動能量采集裝置。

背景技術

隨著無線傳感網絡的發展，傳感器節點已被應用于環境監測、農業應用、生命健康以及交通管控等領域，而節點供能是目前亟待解決的關鍵問題。傳統的節點供能方式存在容量小、難更換等不足，采用環境能量獲取的方式是一種有效解決途徑。

振動能量采集器是一種將振動產生的機械能轉化為電能的器件，其中基于壓電效應的振動環境能量采集方式因具有結構緊湊、無電磁干擾、能量密度較高等優點而成為國內外研究的重點。壓電式振動能量采集裝置常采用的振動結構有懸臂梁結構、圓形結構、鈸形結構等形式，其中傳統的懸臂梁結構是能量采集器中最常見的形式，其結構簡單，較容易實現。

然而，傳統線性振動能量采集方法雖然取得一些進展，但是尚不能滿足無線傳感節點的用電需求。其主要的問題是線性系統響應頻帶過窄，在隨機振動或低頻振動激勵下，發電功率過小。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于T形梁的超材料壓電振動能量采集裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于T形梁的超材料壓電振動能量采集裝置，包括金屬基底，設于金屬基底頂部且與金屬基底呈垂直設置的金屬長梁，以及多個對稱且等間隔分布于所述金屬長梁兩側的壓電能量采集器，所述金屬長梁與所述金屬基底構成T形梁結構。

進一步地，所述金屬長梁為水平結構板，所述金屬基底為豎直結構板，所述金屬長梁的中心處固定于所述金屬基底的上表面。

所述壓電能量采集器包括金屬短梁、壓電陶瓷和金屬質量塊，所述金屬短梁的固定端固定于所述金屬長梁的左、右兩側面，所述壓電陶瓷設于所述金屬短梁的固定端的上表面和下表面，所述金屬質量塊設于所述金屬短梁的自由端。

所述壓電陶瓷包括尺寸相同、極化方向相反的第一壓電陶瓷和第二壓電陶瓷，第一壓電陶瓷和第二壓電陶瓷分別設于所述金屬短梁的上表面和下表面。

進一步地，各所述壓電能量采集器位于同一水平面上。

進一步地，壓電能量采集器的個數為八個，且各壓電能量采集器等間距對稱設于所述金屬長梁的兩側。

進一步地，所述金屬基底為鋁制基座，所述金屬基底的尺寸為100×40×10mm³。

進一步地，所述金屬長梁為鋁制梁，所述金屬長梁的尺寸為170×40×6mm³。

進一步地，所述金屬短梁為鋁制梁，所述金屬短梁的尺寸為40×10×2mm³。

進一步地，所述金屬質量塊為鋁塊，所述金屬質量塊的尺寸為12×8×6mm³。

相較于現有技術，本發明提供的基于T形梁的超材料壓電振動能量采集裝置具有以下有益效果：