[发明专利]一种悬臂式压电材料能量采集器的使用方法

摘要

本发明涉及一种悬臂式压电材料能量采集器及其使用方法，它包括基体；压电片，所述压电片有两个，它们分别固定在所述基体的两个表面上且对称设置；所述第一电极有两个，它们分别贴在两个所述压电片的内表面上且与所述基体绝缘，两个所述第一电极相电连接；第二电极，所述第二电极有两个，它们分别贴在两个所述压电片的外表面上；电器元件，所述电器元件与两个所述第二电极相电连接，用于将所述压电片转化的电能进行储存、转化或利用。由于压电效应在压电片两端产生电荷，经过RC回路产生电流；并且压电片两端的电荷由于压电逆效应引起压电片的变形，由于基体与压电片结合良好，因此基体也发生相应变形，从而对原有的振动产生逆作用。

主权项

一种悬臂式压电材料能量采集器的使用方法，所述悬臂式压电材料能量采集器包括：基体(1)，所述基体(1)一端安装在振动物体(1’)上，另一端向外延伸形成自由端；压电片(2)，所述压电片(2)有两个，它们分别固定在所述基体(1)的两个表面上且对称设置，两个所述压电片(2)的预极化方向相反；定义每个压电片(2)与基体(1)相接触的表面为其内表面，与基体(1)相背离的表面为其外表面；第一电极(4)，所述第一电极(4)有两个，它们分别贴在两个所述压电片(2)的内表面上且与所述基体(1)绝缘，两个所述第一电极(4)相电连接；第二电极(3)，所述第二电极(3)有两个，它们分别贴在两个所述压电片(2)的外表面上；电器元件(5)，所述电器元件(5)与两个所述第二电极(3)相电连接，用于将所述压电片(2)转化的电能进行储存、转化或利用；其特征在于，它包括以下步骤：(1)以基体(1)与振动物体(1’)接触处的中心为原点、基体(1)的延伸方向为X轴、垂直于所述基体(1)的方向为Z轴建立直角坐标系；(2)测量基体(1)厚度tb，压电片(2)厚度tp和宽度b，以及压电片(2)与振动物体(1’)相平行的两面距离所述振动物体(1’)的间距x1、x2；(3)运行形成回路的能量采集器，以步骤(2)中测得的参数建立如式a所示的振动方程，YI∂4w∂x4+ρA∂2w∂t2=kV[δ′(x-x1)-δ′(x-x2)]+p(x,t)---(a),]]>式中，Y是基体的杨氏模量，I和A分别为基体的截面惯性矩与面积，ρ为基体密度，w为横向位移，t是时间，x表示沿长度方向的坐标，k为耦合系数，V为电位差，δ′是Dirac delta函数对x的导数，p为单位长度的外加分布力载荷；同时构建如式b所示的电路方程，V=Q·R=-Rbe31tb+tp2∫x1x2∂2w·∂x2dx-Rbκ33V·tp(x2-x1)---(b)]]>其中为压电片(2)产生的电流，R为电器元件(5)的电阻，e31为压电应力常数，κ33为介电常数，κ33b(x2‑x1)/tp具有电容的量纲，为压电片等效电容；(4)联立方程(a)和方程(b)，得到描述能量采集器机械振动、能量采集电路和机电耦合的动力学模型；(5)根据所述动力学模型，通过控制压电片(2)与基体(1)厚度的比值、杨氏模量的比值、压电片(2)材料特性、压电片(2)长度及其所在位置调整电能输出。