[发明专利]一种基于T形梁的超材料压电振动能量采集装置

说明书

本发明涉及一种基于T形梁的超材料压电振动能量采集装置，包括金属基底、金属长梁、多个压电能量采集器；所述压电能量采集器包括：金属短梁、压电陶瓷、金属质量块；所述金属长梁位于所述金属基底的上方，且所述金属长梁与所述金属基底垂直，构成T形梁结构；所述金属短梁位于所述金属长梁左右两侧面；所述压电陶瓷位于所述金属短梁固定端的上表面和下表面；所述金属质量块位于所述金属短梁的自由端。与现有技术相比，本发明具有够克服单个压电振动能量采集装器工作带宽窄的问题，提高振动能量采集器的能量采集效率等优点。

技术领域

本发明涉及振动能量采集技术领域，尤其是涉及一种基于T形梁的超材料压电振动能量采集装置。

背景技术

随着无线传感网络的发展，传感器节点已被应用于环境监测、农业应用、生命健康以及交通管控等领域，而节点供能是目前亟待解决的关键问题。传统的节点供能方式存在容量小、难更换等不足，采用环境能量获取的方式是一种有效解决途径。

振动能量采集器是一种将振动产生的机械能转化为电能的器件，其中基于压电效应的振动环境能量采集方式因具有结构紧凑、无电磁干扰、能量密度较高等优点而成为国内外研究的重点。压电式振动能量采集装置常采用的振动结构有悬臂梁结构、圆形结构、钹形结构等形式，其中传统的悬臂梁结构是能量采集器中最常见的形式，其结构简单，较容易实现。

然而，传统线性振动能量采集方法虽然取得一些进展，但是尚不能满足无线传感节点的用电需求。其主要的问题是线性系统响应频带过窄，在随机振动或低频振动激励下，发电功率过小。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于T形梁的超材料压电振动能量采集装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于T形梁的超材料压电振动能量采集装置，包括金属基底，设于金属基底顶部且与金属基底呈垂直设置的金属长梁，以及多个对称且等间隔分布于所述金属长梁两侧的压电能量采集器，所述金属长梁与所述金属基底构成T形梁结构。

进一步地，所述金属长梁为水平结构板，所述金属基底为竖直结构板，所述金属长梁的中心处固定于所述金属基底的上表面。

所述压电能量采集器包括金属短梁、压电陶瓷和金属质量块，所述金属短梁的固定端固定于所述金属长梁的左、右两侧面，所述压电陶瓷设于所述金属短梁的固定端的上表面和下表面，所述金属质量块设于所述金属短梁的自由端。

所述压电陶瓷包括尺寸相同、极化方向相反的第一压电陶瓷和第二压电陶瓷，第一压电陶瓷和第二压电陶瓷分别设于所述金属短梁的上表面和下表面。

进一步地，各所述压电能量采集器位于同一水平面上。

进一步地，压电能量采集器的个数为八个，且各压电能量采集器等间距对称设于所述金属长梁的两侧。

进一步地，所述金属基底为铝制基座，所述金属基底的尺寸为100×40×10mm³。

进一步地，所述金属长梁为铝制梁，所述金属长梁的尺寸为170×40×6mm³。

进一步地，所述金属短梁为铝制梁，所述金属短梁的尺寸为40×10×2mm³。

进一步地，所述金属质量块为铝块，所述金属质量块的尺寸为12×8×6mm³。

相较于现有技术，本发明提供的基于T形梁的超材料压电振动能量采集装置具有以下有益效果：