[发明专利]桥式自适应压电能量采集器

说明书

本发明公开了一种桥式自适应压电能量采集器，该采集器包括两端固定的单晶压电梁及设置在压电梁两端的活动质量块，压电梁横向中轴线的两侧对称开设有滑动通槽，质量块通过连接件对应吊装在滑动通槽中；质量块可随梁的振动在槽中移动；能够随着外界激励的变化，自动调整梁的谐振频率，与外激励相匹配，有效拓宽了能量收集频带，提升了电压输出，并且质量块能够自主移动到系统的平稳位置振动，使输出电压稳定，从而有效提高了振动能量收集效率。

技术领域

本发明属于发电装置领域，具体涉及一种桥式自适应压电能量采集器。

背景技术

近年来，随着微电子和无线通讯技术的不断发展，推动了大规模无线传感器网络、可穿戴设备、物联网技术的进步，其在军事、医疗、环境监测、工业自动化等多个领域的应用备受瞩目。这些无线传感器网络、可穿戴设备均依靠传统电池提供电量，但是传统电池具有使用寿命短、体积大、污染环境等缺点，且在一些场合难以更新维护，给实际应用带来了困难，限制了无线传感器网络的大规模应用。

为解决上述问题，人们提出了压电振动发电技术。其中，悬臂梁式压电能量采集器因结构简单，易产生相对较大的应变，得到了广泛地设计和研究。但传统的悬臂梁式压电能量采集器，只在谐振频率下有较大电压输出，一旦偏离谐振频率，输出电压便骤然下降，而在实际应用中，环境频率往往在某一范围内不断变化，不具有固定周期，工作频率单一的悬臂梁式压电能量采集器已无法满足使用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够自适应调整谐振频率的压电能量采集器，在实际应用中能够随着外部环境自适应调节谐振频率，提高振动能量采集效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种桥式自适应压电能量采集器，包括压电梁、压电片以及质量块，压电梁两端固定形成桥，其横向中轴线的两侧对称开设有滑动通槽，压电片贴附在压电梁的上/下表面且对应位于两滑动通槽的侧面处，分别悬挂在压电梁两端的质量块各自通过连接件对应安装在横向中轴线两侧的滑动通槽上，质量块通过连接件可沿滑动通槽滑动或紧固在滑动通槽上。

进一步，滑动通槽的中轴线与压电梁的纵向中轴线重合，设置在滑动通槽两侧的压电片关于纵向中轴线对称。

进一步，压电梁的上、下表面均设有压电片。

进一步，开设在横向中轴线两侧的滑动通槽一端距离压电梁横向中轴线一定距离，另一端开至压电梁的固定端头处。

进一步，压电梁为板状单晶压电梁。

进一步，压电梁采用铜制成。

进一步，压电片采用PZT-51压电陶瓷制成。

进一步，质量块采用ABS树脂制成。

进一步，质量块通过连接件可拆卸安装在滑动通槽上。

本发明的有益效果在于：在频率不断变化或在一定范围内波动的环境振动中，该采集器不仅存在主共振与亚谐共振，而且移动质量块能够改变桥式压电梁结构的谐振频率，从而拓宽能量采集的频带，同时质量块与压电梁之间发生冲击，可提升桥式能量收集装置的电压输出，并且质量块能够自主地移动到某一位置进行平稳振动，保证了输出电压稳定。总的来说，该采集器能够随着外界激励或环境振动而自主调节谐振频率，能够有效拓宽能量收集频带，提升电压输出，从而提高振动能量收集效率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的A-A截面示意图；