[实用新型]一种能自动调节共振频率和带宽的压电俘能装置

说明书

本实用新型公开了一种能自动调节共振频率和带宽的压电俘能装置，其特征在于压电片设置在悬臂梁上，悬臂梁安装在固定基座上，微型电机通过电机支架安装在悬臂梁上，微型电机的轴连接丝杆并可以带动丝杆旋转，丝杆的另一端通过丝杆支架也固定在悬臂梁上，质量块通过与丝杆对应的螺纹安装在丝杆上，当丝杆转动的时候，质量块可以沿着丝杆方向移动。电路系统板连接压电片进行振动能量俘获，并且从压电片输出信号判断环境振动频率与压电俘能装置的固有频率是否匹配，通过控制微型电机的正反转动，实现悬臂梁的端部质量块的位置调节，调节质量块与电机的距离，可以实现压电俘能装置一阶共振频率点、一阶和二阶叠加频带带宽的自动调节。

技术领域

本实用新型属于压电振动能量俘获技术领域，具体涉及一种能自动调节共振频率和带宽的压电俘能装置。

背景技术

随着无线传感网络在现实生活中得到了广泛的应用，其功耗也越来越低。这使得利用环境中的能量为无线传感网络节点提供能量变为可能，目前环境中可以利用的能量有光能、热能、振动能等，其中振动能广泛存在于我们生活环境中，如人体的运动，车辆的振动等等。为此研究人员已经开始研究采集环境中的振动能量并将其转化为电能的技术，为无线传感网络节点提供电能。

目前研究最多的环境振动能量采集的方式有电磁式、压电式等，其中压电悬臂梁式的压电换能器由于其结构简单、无电磁干扰、运动部件少等优点倍受青睐。但是目前的压电悬臂梁结构一般只在其共振频率下，才能输出最大的功率。当环境振动频率偏移了压电悬臂梁的共振频率后，输出的电能功率将会快速下降。压电悬臂梁的共振频率主要和悬臂梁的尺寸、弹性系数、质量块重量、质量块的位置等参数有关系。因此很多研究者提出了各种调节压电悬臂梁共振频率的方法。如专利：201721600074.4，在悬臂梁基板的上表面覆盖有压电晶片，在压电晶片末端的上表面承载有质量块，在悬臂梁基板的下表面附有中空槽板，其中装有部分液体。该结构有利于平滑地调节压电悬臂梁质量中心的位置，并在此基础上，获得宽频能量的采集。又如专利：201410613453.1公开一种带有可动质量环的宽频带压电式振动能量采集装置，包括：弹性梁、压电元件、滑道、限位挡块和可动质量环，所述弹性梁悬空，其两端面固定，所述压电元件紧贴在弹性梁表面并紧邻弹性梁的固定端，所述滑道位于弹性梁的中间位置，所述限位挡块位于滑道两端并固定在弹性梁上，所述可动质量环穿过滑道和弹性梁并自由悬挂在滑道上。利用可动质量环在外界振动作用下产生的滑动和转动等运动行为来增加振动能量采集的频带宽度，实现压电式振动能量采集装置的宽频带工作。但是这些压电振动能量采集装置都不是主动精确调节悬臂梁的共振频率而快速实现高效能量俘获的。

本实用新型公开了一种自动调节共振频率和带宽的压电俘能装置和方法，其特征在于压电片设置在悬臂梁上，悬臂梁安装在固定基座上，微型电机通过电机支架安装在悬臂梁上，微型电机的轴连接丝杆并可以带动丝杆旋转，丝杆的另一端通过丝杆支架也固定在悬臂梁上，质量块通过与丝杆对应的螺纹安装在丝杆上，当丝杆转动的时候，质量块可以沿着丝杆方向移动。电路系统板通过压电片导线连接压电片进行振动能量俘获，并且从压电片输出信号判断环境振动频率与压电俘能装置的固有频率是否匹配。电路系统板通过电机导线连接微型电机，通过控制微型电机的正反转动，实现悬臂梁的端部质量块的位置调节，由于微型电机存在质量，压电悬臂梁也会存在一个对应的二阶共振频率点，通过调节质量块与电机的距离，可以实现压电俘能装置一阶共振频率点、一阶和二阶频带的带宽的自动调节。

发明内容

本实用新型的目的：一种能自动调节共振频率和带宽的压电俘能装置，通过压电悬臂梁结构进行振动能量俘获，并且从压电片输出信号判断环境振动频率与压电俘能装置的固有频率是否匹配，通过控制微型电机的正反转动，实现悬臂梁的端部质量块的位置调节，从而实现压电俘能装置共振频率和带宽的自动调节。