[发明专利]一种低速微风致振动能量收集器的整流分析方法

说明书

本发明公开了一种整流分析方法，具体涉及一种振动能量收集器的整流分析方法，包括以下步骤：S10、建立低速微风致振动能量收集器的悬臂梁结构动力学特性模型；S20、对动力学模型进行分析，确定悬臂梁结构的固有频率、尺寸和材料参数；S30、组建低速微风致振动能量收集器；S40、将输出的电压通过整流电路进行全波整流；S50、对全波整流的电压值进行采集并上传至电脑存储；S60、将采集数据使用数学软件展现电压变化；S70、基于电压变化，分析风能、机械能和电能三种能量相互耦合特性。本发明的整流分析方法能够得到柔性的风致振动结构在低速风的激励下，风能、机械能和电能三种能量相互耦合的特性，为微机电系统超低压供电研究提供理论依据与实验参考。

技术领域

本发明涉及一种整流分析方法，具体涉及一种振动能量收集器的整流分析方法。

背景技术

随着现代电子技术发展越来越快，电路系统变的越来小型化、集成化，促进了微机电系统（比如微传感器、MEMS隐形眼镜，胶囊内镜、智能终端）的应用在各领域（医疗、军事、消费电子等）朝着“轻、薄、短、小”的特点的发展。现在这些微机电系统设备传统的供电方式有聚合物电池，其特点有续航时间短、成本高，甚至会对周边环境造成巨大的污染，这将进一步会影响微机电系统在各领域更广泛应用。

近些年来，各种形式的能量收集受到国内外研究者越来越多的关注，有太阳能、机械能、流体动能等等，其中风能是一种清洁的可再生能源，在周围环境中广泛存在的，特别是低速型的微风。微型风能收集应用是为微小型的自供能系统供电，将风致振动结构和振动能量收集材料结合在一起，形成基于风致振动效应的风能收集器，把流体动能转化为机械能，再转化为电能。现有技术中对振动能量收集器的研究较多，对能量转换的研究较少，目前还没有针对低速微风致振动结构能量收集器的风能、机械能和电能三种能量之间的耦合特性分析方法。

因此，急需一种针对低速微风致振动结构能量收集器的风能、机械能和电能三种能量之间的相互耦合特性分析方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种针对低速微风致振动结构能量收集器的风能、机械能和电能三种能量之间的相互耦合特性分析方法，发明的内容如下：

一种低速微风致振动能量收集器的整流分析方法，所述低速微风致振动能量收集器包括悬臂梁结构、压电片和整流电路，所述低速微风致振动能量收集器的整流分析方法包括以下步骤：

S10、建立低速微风致振动能量收集器的悬臂梁结构动力学特性模型；

S20、对所述悬臂梁结构动力学特性模型进行分析，确定悬臂梁结构的固有频率、尺寸和材料参数；

S30、根据悬臂梁结构的固有频率、尺寸和材料参数，组建低速微风致振动能量收集器；

S40、将所述低速微风致振动能量收集器中所述压电片输出的电压通过整流电路进行交流转直流的全波整流；

S50、通过电压数据采集卡对全波整流的电压值进行采集并上传至电脑存储；

S60、将电脑接收的电压采集数据使用数学软件展现电压变化；

S70、基于所述电压变化，分析所述低速微风致振动能量收集器在微风激励下风能、机械能和电能三种能量之间相互耦合特性。

进一步地，步骤S20包括以下步骤：

S21、对所述悬臂梁结构动力学特性模型进行受力分析；

S22、根据所述悬臂梁结构动力学特性模型的受力分析结果进行数学建模，得到数学模型；

S23、对所述数学模型进行分析，得到所述悬臂梁的固有频率、尺寸和材料参数。

进一步地，步骤S21对所述悬臂梁结构动力学特性模型进行受力分析，包括对所述悬臂梁结构的外力与内力分析。