低頻振動體系中環境能量捕獲的關鍵問題研究

《低頻振動體系中環境能量捕獲的關鍵問題研究》是依託太原理工大學，由李朋偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低頻振動體系中環境能量捕獲的關鍵問題研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李朋偉
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

基於環境振動的能量捕獲研究是推動新一代物聯網技術發展和實施節能減排戰略的重要內容。本項目擬從低頻振動體系出發，著重探索非線性效應、複合式拾振結構、電壓同步控制采能、存儲及輸出電路，MEMS加工工藝等幾個方面在能量捕獲研究中的關鍵作用。建立低頻振動體系的數學模型，研究低頻振動體系中多振動源的非線性耦合機制；設計並最佳化級聯式PVDF改性壓電-電磁複合非線性拾振結構，分析壓電材料選擇及系統結構變化對系統回響特性的影響；最佳化並完善非線性電壓同步控制電路的結構設計、引進超級電容，解決微弱能量存儲及穩定輸出問題；搭建多源振動激勵系統和實驗測試平台，研究多源振動、拾振結構、電路系統中的非線性效應與能量輸出特性的作用關係；並在此基礎上利用MEMS加工工藝，研究級聯式壓電-電磁複合非線性振動能量收集器的微型化製造問題，為設計、加工高效的振動能量捕獲裝置奠定理論和實驗基礎。

結題摘要

基於環境振動的能量捕獲研究是推動新一代物聯網技術發展和實施節能減排戰略的重要內容。本項目從低頻振動體系出發，著重探索了非線性效應、壓電拾振結構、電壓同步控制采能、存儲及輸出電路，MEMS加工工藝等幾個方面在能量捕獲研究中的關鍵作用。建立了低頻振動體系的等效數學模型，利用有限元理論設計並最佳化基於柔性主梁的線性多自由度能量採集器，叉指式低頻、寬頻能量採集器等拾振結構，確定了結構的尺寸大小，搭建實物樣機並初步進行了MEMS工藝設計；最佳化並完善了多路並行可調諧能量採集電路的結構設計，初步探討了超級電容結構、MEMS開關電路等在微弱能量存儲及穩定輸出問題中套用的可能性；搭建了多源振動激勵系統和實驗測試平台，驗證了振動能量採集器為二極體、溫度感測器等小型電子元件功能的可行性，為環境能量採集器件的實用化提供了一定的理論和技術支持。項目共發表論文19篇，其中SCI收錄論文12篇；申請發明專利6項，授權2項；合作譯著1部；協助指導博士研究1名，培養碩士研究生2名。