[发明专利]一种基于介电弹性体的低频振动发电试验装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种基于介电弹性体的低频振动发电试验装置及测试方法，属于机电领域。本发明通过控制电机提供振动激励到介电弹性体发电单元的振动激励端，附着在介电弹性体发电单元末端的质量块受到干扰开始在导轨上振荡，一段时间后达到稳定振动状态，实现介电弹性体发电单元在外界振动激励下的受迫振动，通过测试在预设振动频率范围内各个测试频率点下介电弹性体振动发电结构的输出性能，找到性能最好时对应的测试频率就是该振动发电结构的固有频率，改变质量块的大小调整介电弹性体发电单元、质量块和导轨滑块组成的发电结构的固有频率，方便指导和优化面向特定低频振动环境下振动发电结构的结构设计。

技术领域

本发明属于机电领域，尤其是一种基于介电弹性体的低频振动发电试验装置及测试方法。

背景技术

不可再生资源的不断使用引起的能源危机和环境污染问题给人类社会的可持续发展带来了严峻挑战，可再生清洁能源的能量收集越来越受到关注。其中，环境振动广泛存在于机械振动、人体运动、风或者水的运动诱发产生的振动中，具有很大的能量收集前景。常见的振动能量收集装置主要是基于电磁感应原理和压电效应，这些装置存在一定的局限性，为实际中的广泛应用带来不便。介电弹性体是一种新型电活性软体功能材料，可以在电场激励下改变形状和尺寸，也可以逆向工作在发电模式下，将机械能转化为电能，具有变形大、能量密度高、机电转化效率高、质量轻、柔顺性好、耐冲击等诸多优点，近年来在能量收集领域越来越受重视，尤其是在低频、大变形环境下的能量收集。介电弹性体能量收集是在介电弹性体薄膜的上下表面涂上一层柔性电极，使其成为一个柔性可变电容器，通过介电弹性体薄膜的拉伸和收缩循环将机械能转化为电能，实现环境能量回收利用。目前，国内外对介电弹性体在环境振动能量收集方面的研究相对较少，针对介电弹性体在振动发电方面的试验装置还很匮乏。

因此，开发一种基于介电弹性体的低频振动发电试验装置对于研究介电弹性体在振动能量收集方面的发电性能十分有意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于介电弹性体的低频振动发电试验装置及测试方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于介电弹性体的低频振动发电试验装置，包括框架和驱动电机，框架在高度上设有上端固定杆，中间固定杆和下端固定杆；

驱动电机的电机轴通过联轴器和丝杠滑台模组的丝杠连接；

丝杠滑台模组竖直固定在上端固定杆和中间固定杆上；

中间固定杆和下端固定杆上均安装有导轨固定架，导轨固定架之间设有导轨，导轨上设有导轨滑块和限位滑块；

丝杠滑台模组的滑台上表面上固定有亚克力连接板，介电弹性体发电单元的一端通过固定片固定在有亚克力连接板上，该端作为振动激励输入端；

介电弹性体发电单元的另一端固定在导轨滑块上，该端作为自由端沿着导轨进行受迫振动；

导轨滑块上设有质量块。

进一步的，质量块通过固定片和螺栓连接固定。

进一步的，驱动电机通过螺栓设置在丝杠滑台模组一侧的电机法兰片上。

进一步的，丝杠滑台模组通过底座支撑架固定在上端固定杆和中间固定杆上。

进一步的，导轨上还设有限位滑块。

进一步的，丝杠滑台模组的丝杠通过联轴器与驱动电机电机轴相连，丝杠上设有滑台。

进一步的，介电弹性体发电单元包括介电弹性体薄膜，介电弹性体薄膜的上、下表面均设有柔性电极，柔性电极上引有铜箔；

所述铜箔用于与导线相连将介电弹性体发电单元接入能量收集电路进行能量收集。