张忠华 柴君凌 阚君武 林仕杰 王淑云 黄乐帅

1.浙江师范大学精密机械与智能结构研究所，金华，3210042.浙江省城市轨道交通智能运维技术与装备重点实验室，金华，321004

0 引言

为满足无线传感设备、环境监测系统及定位装置等微功率设备的自供电需求，减少废弃化学电池带来的环境污染问题，秉持可持续发展的理念，基于电磁、静电及压电等原理的微型俘能器研究已成为国内外的热点[1-4]。其中压电振动俘能器具有结构简单、易微小化、输出能量密度大以及不易受天气影响等优势，故其适用范围更广，研究价值更高。悬臂梁式压电振动俘能器[5-10]因其结构简单而被广泛采用，但在实际环境中其振动频率及振幅变化范围大、不稳定，当激励频率远离压电振子固有频率时不宜被有效激励且振幅过大时易造成压电振子损毁，因此提高俘能器的频率适应性、有效带宽以及可靠性是提高其实用性的前提[11]。

目前，用来提高俘能器频率适应性及频带宽度的方式主要分为三类：①预加轴向力式[12]，在简支梁两端施加轴向预压力，可实现俘能器在单、双稳态间切换从而拓宽频带，其主要弊端是需要增加额外的机械配件；②撞击式[13]，通过设置刚性或弹性挡块使俘能器具有多段刚度，从而实现拓频，但会产生较大的噪声，且撞击易使装置损坏；③磁耦合式[14-16]，引入磁力使系统具有两个或多个稳态，使其在较宽频带下更易实现大幅阱间振动，可有效提高环境适应性，但现有的磁耦合式压电振动俘能器结构中的压电陶瓷都被直接粘在梁上，工作中受到交替的拉压应力，而压电陶瓷受拉易产生裂纹，因此可靠性较低，尤其不适于应用在外界振幅、噪声等变化较大的环境中[17]。……