杨晋宁　曹雅莉

摘要：悬臂梁式压电俘能系统的输出电压和功率与压电振子的结构尺寸、外界激振频率等都有着密切的联系。同时，线性压电振子当与环境振动激励产生共振时才能获得最大的输出功率，而其固有频率又与压电振子的结构尺寸等参数有关。因此，为了在实际应用中提高俘能效率，就需要研究这些参数对悬臂梁式压电俘能系统性能的影响规律。现针对悬臂梁式压电振子结构进行了相关的理论分析，并通过COMSOL Multiphysics有限元软件，对系统输出电压和功率受外界激振频率、负载、外激励加速度的影响规律进行了仿真分析，从而为优化悬臂梁式压电振子结构，降低系统固有频率提供了参考。

关键词：压电振子;固有频率;激振频率;负载;仿真

0 引言

自然界中的能源多种多样，其中振动能是一种取之不尽、用之不竭的“绿色能源”，它不像其他能源那样随时受到时间、地域、环境等因素的限制。若能将其转化为电能，有助于解决微电子器件需长期、实时持续的能源供给问题。实际上，利用自然界中的振动给微型发电装置提供动力，可以源源不断地将振动能转变为微机电系统所需要的电能。由于利用正压电效应原理在环境中收集到的振动能具有较高的能量密度、清洁环保、高输出电压和功率以及易于实现结构微型集成化等优点，因而近年来备受关注[1]。在理论研究中，一般将压电式悬臂梁作为压电式振动俘能系统基本结构的等效体，利用线性动力学模型对其进行建模与分析，故常将它称之为线性悬臂梁式压电振子。……