基于多模态扩频理论的压电振动能量采集系统
作者:
作者单位:

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

作者简介:

李治宏(1998-),男,重庆市人,硕士。通信作者:张佳佳(1985-),男,河南省人,博士,硕士生导师。

通讯作者:

基金项目:

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

伦理声明:



Piezoelectric Vibration-Energy Acquisition System Based onMultimodal-Spread-Spectrum Theory
Author:
Ethical statement:

Affiliation:

1.Key Laboratory of Industrial Internet of Things and Networked Control of Ministry of Education,Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065 , China ;2.College of Optoelectronic Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044 , China ;3.Branch of Science and Technology Research Institute, National Petroleum and Natural Gas PipelineNetwork Group Co., LTD., Tianjin 300457 , China

Funding:

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    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 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 115.85 μW.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

李治宏,张佳佳,张金雨,王佳,马云宾,牟笑静.基于多模态扩频理论的压电振动能量采集系统[J].压电与声光,2024,46(3):362-366. LI Zhihong, ZHANG Jiajia, ZHANG Jinyu, WANG Jia, MA Yunbin, MOU Xiaojing. Piezoelectric Vibration-Energy Acquisition System Based onMultimodal-Spread-Spectrum Theory[J]. PIEZOELECTRICS AND ACOUSTOOPTICS

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  • 收稿日期:2024-03-06
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  • 在线发布日期: 2024-06-25
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