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

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作  者:李治宏 张佳佳[1,2] 张金雨 王佳 马云宾 牟笑静 LI Zhihong;ZHANG Jiajia;ZHANG Jinyu;WANG Jia;MA Yunbin;MOU Xiaojing(Key Laboratory of Industrial Internet of Things and Networked Control of Ministry of Education,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China;College of Optoelectronic Engineering,Chongqing University,Chongqing 400044,China;Branch of Science and Technology Research Institute,National Petroleum and Natural Gas Pipeline Network Group Co.,LTD.,Tianjin 300457,China)

机构地区:[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

出  处:《压电与声光》2024年第3期362-366,共5页Piezoelectrics & Acoustooptics

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

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/s^(2)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115.85μW。In this study,multimodal acquisition and bandwidth broadening are enhanced by employing multimodal 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 resonant frequencies,thus ensuring efficient energy harvesting in low-frequency vibration settings.The power-management circuit converts AC power into stable DC power for charging energy-storage components.Following modalharmony response analysis,an experimental platform is constructed for system testing.Experimental results indicate an operational frequency band of 16.1 to 27.8 Hz,with a peak output voltage of 33.75 V under a simple harmonic 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 115.85μW.

关 键 词:多模态 多方向 宽频带 压电 振动能量采集 

分 类 号:TN384[电子电信—物理电子学]

 

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