研究表明，当压电俘能装置处于共振状态时，压电材料的形变量达到峰值，因压电效应而产生的电能输出同时达到峰值。本项目提出了可调频技术，使压电俘能装置在一定频率宽度内均能处于共振状态，拓宽了压电俘能器的工作频率，大大提高了压电俘能器的应用范围。 本项目的主要研究内容包括： A. 建立高能效的梁结构和电场边界条件驱动方式。 B.开发微功耗的频率检测方法。 C.研究低能耗的控制器及精确闭环调频方案。 本项目的主要研究结果及意义 关于研究内容A,运用理论力学、振动力学等知识对悬臂梁压电双晶片的固有频率进行了理论分析和推导，求得悬臂梁一阶固有频率与各尺寸参数和材料属性的关系式，并从该俘能结构出发，提出了四种可用于可调频的假想结构，分别为d31贴片式结构、d31嵌入式结构、d33压电片结构和d33压电柱结构。对以上四种结构进行ANSYS有限元分析，仿真不同结构下压电元件处于不同的电场边界条件得出各自不同的刚度特性表现。根据仿真结果搭建实验平台测试仿真结果，通过统筹改变压电片边界电压条件实现压电悬臂梁固有频率的改变。研究结果表明，结果表明使用d31嵌入式结合形式可以比使用d31表面粘贴式结合形式得到更高的频率变化率，频率相对变化率可达4.42%。使用d33压电柱结合形式可以比使用d31嵌入式结合形式得到更高的频率变化率，频率相对变化率可达28.59%。这部分结论和方案可以进一步进行推广，对实现压电悬臂梁自调频有重要意义。 针对研究内容B，我们设计了一套与之相对应的频率检测系统来对压电悬臂梁间歇进行有效的频率检测。在检测系统中，我们采取的方案是：使用霍尔元件做为传感器，将压电悬臂梁自由端的位移量转化为电压量输入到控制器中。频率检测范围为20 ~ 200 Hz，检测精度为 0.2 Hz。该频率检测方案可以推广到其他领域，该频率检测软件部分已申请软件著作权。 针对研究内容C，我们采用微功耗控制器在间歇工作方式下实现微功耗，通过开闭压电片两端的电子开关改变其电场边界条件可实现频率调节，将多个压电片电场边界条件编写成与频率对应的状态控制码储存到控制器中，当外界频率改变时，通过闭环实施对应状态控制码使压电悬臂梁重新回归到共振状态。 在项目执行过程中，也开展了一些原计划没有列入的工作，针对新型可调频结构压电俘能器输出能量进行了测量，针对压电输出电压特点提出了DCM模式下的Boost电路，能高效的整 2100433B