陈旺 代显智 张章 王旭明 朱艳生

摘 要：针对现有宽频多方向能量采集器频带窄、结构复杂、成本高等不足，本文提出了一种采用L型弯曲弹性梁的宽频多方向振动能量采集器，并探讨其工作原理、进行实验研究。结果表明：当外界加速度0.4g时，在x、y方向获得宽频采集特性，其带宽约5Hz，z方向带宽约2Hz;在x、y、z方向分别得到约2.5、3V和6V的峰-峰值电压。可见，弯曲弹性梁压电式多方向宽频振动能量采集器不仅具有宽频特性，而且还实现了多方向的能量采集。

关键词：振动能量采集器;弯曲梁;压电式;宽频;多方向

中图分类号：TM919文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）16-0045-04

Abstract： In view of the shortcomings of the existing broadband multi-directional energy collector， such as narrow frequency band， complex structure and high cost， a broadband multi-directional vibration energy collector with L-shaped flexural elastic beam was proposed in this paper， and its working principle and experimental research are discussed. The results show that when the external acceleration is 0.4g， the broadband acquisition characteristics are obtained in the x and y directions， with a bandwidth of about 5Hz， a bandwidth of about 2Hz in the z direction， and a peak-peak voltage of about 2.5， 3V and 6V in the x， y and z directions， respectively. It can be seen that the piezoelectric multi-directional broadband vibration energy collector with flexural elastic beams not only has broadband characteristics， but also achieves multi-directional energy acquisition.

Keywords： vibration energy harvesting;curved beams;piezoelectric;broadband;multidirectional

近年來，因低功率电子元件和无线传感器技术等的高速发展，传统电池在环境保护、设备维护和保养成本等方面已经不足以满足当今技术的发展需要。利用振动能量采集器采集外界环境中废弃或无用的振动能，为微型低功耗电子设备提供所需的能量成为一种可能的途径[1]。

环境中的振动具有可变化、多方向以及多频率的特点。为了从环境中采集更多有效的能量，并拓宽采集器的应用范围，研发出具有宽频特性的多方向振动能量采集器[2]成为必然的趋势。2015年，Xu J等人[3]利用悬臂摆的方法进行宽频能量采集，在单个悬臂梁上实现了多方向能量采集，该结构的缺点是频率过窄;2016年，Lin Z等人[4]通过三个稳定的磁电转换器和弹簧的相互作用，使一种具有非线性的圆形磁电能量采集器在三维方向具有宽频振动的能力，但其结构复杂且成本较高;2017年，Hai Wang等人[5]利用弹簧与磁耦合的方法制作了一个多方向宽频振动能量采集器，其结构体积偏大且不易制作。……