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基于多模态扩频理论的压电振动能量采集系统

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

multimodalmulti directionalbroadbandpiezoelectricityvibration energy collection

李治宏、张佳佳、张金雨、王佳、马云宾、牟笑静

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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

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

多模态 多方向 宽频带 压电 振动能量采集

重庆市技术创新与应用发展专项重点项目

CSTB2022TIAD-KPX0137

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
年,卷(期):2024.46(3)
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