郭 丽，周星德，杨 菁

(河海大学 土木与交通学院，江苏 南京 210098)

0 引言

微机电系统(MEMS)工作环境复杂，如在深水中，不方便更换电池，需借助于周围环境的振动提供能量。压电材料是一种智能材料，当材料发生变形时会产生电荷(正压电效应)，反之，当施加电场时，压电材料会产生应力或应变(逆压电效应)[1]，压电能量采集器采用的是正压电效应。目前，压电能量采集器建模方法有集总参数模型与分布参数模型两种。集总参数模型是通过能量等效的方式，把悬臂梁简化为单自由度系统，具有简单和误差大的特点；分布参数模型[2]是根据连续分布梁来构建模型，可以获得理论解，计算复杂，但可获得精确解。

国内外对悬臂式压电能量采集器展开了广泛的研究。许多学者研究了质量块[3-5]对压电悬臂梁发电效率的影响。唐礼平等[6]将常规的悬臂式压电能量采集器进行改进，在压电悬臂梁自由端附加有限尺寸的质量块，在固定端附加动力放大器，动力放大器由有限尺寸的质量块、竖向平移弹性及转动弹性均受到约束的弹簧组成，研究发现改进后的能量采集器的采集效率及采集精度均得到提高。虽然改进的新型动力放大器增加了一个转动弹性约束，但模型忽略了能量采集器的机电耦合效应。杨斌强等[7]提出了带有弹性支撑与放大的宽频压电振动能量采集器的分布参数机电耦合模型，并考虑了悬臂梁末端质量块的影响。何燕丽等[8]建立了机电耦合的曲梁式能量采集器prescott模型，运用格林函数法推导在其强迫振动下的解析解，探究阻尼、负载电阻及材料弹性模量对响应结果的影响。……