压电与声光2024,Vol.46Issue(3) :362-366.DOI:10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.016

基于多模态扩频理论的压电振动能量采集系统

Piezoelectric Vibration-Energy Acquisition System Based on Multimodal-Spread-Spectrum Theory

李治宏 张佳佳 张金雨 王佳 马云宾 牟笑静
压电与声光2024,Vol.46Issue(3) :362-366.DOI:10.11977/j.issn.1004-2474.2024.03.016

基于多模态扩频理论的压电振动能量采集系统

Piezoelectric Vibration-Energy Acquisition System Based on Multimodal-Spread-Spectrum Theory

李治宏 1张佳佳 2张金雨 1王佳 1马云宾 3牟笑静4
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作者信息

  • 1. 重庆邮电大学 工业物联网与网络化控制教育部重点实验室,重庆 400065
  • 2. 重庆邮电大学 工业物联网与网络化控制教育部重点实验室,重庆 400065;重庆大学 光电工程学院,重庆 400044
  • 3. 国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司,天津 300457
  • 4. 重庆大学 光电工程学院,重庆 400044
  • 折叠

摘要

以同时提升多模态采集和增加带宽为研究方向,结合多模态扩频理论,建立了一套多模态宽频且能多方向工作的压电振动能量采集系统.该系统包含能量采集器和电源管理电路两个模块.其中,采集器包括4种谐振频率,组成了较宽的工作频带,保证了该采集器在低频振动工作环境下高效率地收集振动能量;电源管理电路将采集到的交流电转换为稳定的直流电,再对电容或电池等储能元件充电以供微电子器件使用.经过模态和谐响应分析后,搭建了实验平台并对采集系统进行实验测试.实验结果表明,在加速度6 m/s2 简谐力激励下,工作频带为16.1~27.8 Hz,输出电压最高可达35.75 V,阻抗匹配后最优阻值为200 kΩ,此时输出功率为115.85 μW.

Abstract

In this study,multimodal acquisition and bandwidth broadening are enhanced by employing multimo-dal spread spectrum theory to establish a versatile piezoelectric vibration-energy acquisition system.The system comprises two modules-an energy collector and a power-management circuit.The collector operates across four res-onant frequencies,thus ensuring efficient energy harvesting in low-frequency vibration settings.The power-manage-ment circuit converts AC power into stable DC power for charging energy-storage components.Following modal-harmony response analysis,an experimental platform is constructed for system testing.Experimental results indi-cate an operational frequency band of 16.1 to 27.8 Hz,with a peak output voltage of 33.75 V under a simple har-monic force and an acceleration of 6 m/s2.Upon impedance matching,the optimal resistance value is shown to be 200 kΩ,which results in an output power of 115.85 μW.

关键词

多模态/多方向/宽频带/压电/振动能量采集

Key words

multimodal/multi directional/broadband/piezoelectricity/vibration energy collection

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基金项目

重庆市技术创新与应用发展专项重点项目(CSTB2022TIAD-KPX0137)

出版年

2024
压电与声光
四川压电与声光技术研究所

压电与声光

CSTPCD北大核心
影响因子:0.357
ISSN:1004-2474
参考文献量1
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