邢永红,董增寿,宁少慧

(1.太原科技大学 电子信息工程学院,太原 030024;2.太原科技大学 机械工程学院,太原 030024)

随着微电子和无线电技术的高速发展,无线传感网络已应用于各种场合。风电机组装机容量迅速增长[1],风机故障检测传感器传统的电池供电方式存在寿命短、更换频率大等弊端。利用环境中的能量为无线传感器供电是解决其能量供给问题的一种有效方法[2]。基于振动的能量收集方法有:电磁式、静电式及压电式,其中压电能量收集方式结构简单、能量密度高,可实现为远程终端供电[3]。kwon[4]等设计了T型悬臂梁,通过风压实现了电能转换但该装置对风速要求较高且体积相对较大。马天兵等[5-6]降低了压电装置的一阶固有频率但结构上较为复杂。转换电路需将振动装置输出的交流电压转为直流电压[7],标准转换电路(SEH)的结构最为简单,但输出因受负载影响而效率较低[8]。Lefeuvre E[9]等提出的并联(P-SSHI)和串联同步开关电感(S-SSHI)电路虽在能量收集效率上较SEH电路得以提高,但开关部分需通过添加辅助电路来控制。王修登[10]等对S-SSHI电路进行了改进,但在开关处仍需要添加辅助电路。

压电悬臂梁在固有频率处电能转换效率最大,环境中的振动频率主要集中在(30～250)Hz,而100 Hz以下的振动约占60%[11]。传统悬臂梁在长度较小时固有频率较大,并随着长度的减小而剧增[12]。较难利用低频振动实现电能转换。本文设计的双耳型悬臂梁使悬在体积较小时依然可以满足低频要求。设计的高……