1、课题来源与背景： 随着无线传感器网络技术的快速发展，出现了大量低功耗、多功能的微型无线传感器节点。目前，这些传感器节点多使用化学电池供电，但传统化学电池存在使用寿命短、更换费用高以及难以微型化等问题。寻找替代能源就成为急待解决的问题。压电振动发电技术可解决此类问题，但由于压电振子的俘能频带很窄，一旦环境振动频率偏离俘能结构的固有频率，俘能器的输出功率将急剧下降。在这种情况下，为了让压电俘能结构能与环境振源发生较强的相互作用，就需要研究拓宽俘能频带的方法。基此，本项目研究通过引入非线性力实现宽频俘能的方法，从而提高俘能器的环境适应能力。 2、研究目的与意义： 常规线性压电俘能器容易做到较低的谐振频率和较高的功率输出，但存在谐振频带窄的问题，一旦激励频率发生改变，其输出功率将急剧降低。对于实际中广泛存在的低频、可变频率振动源，如设备振动、道路振动、波浪运动等，常规的振动能量采集器很难有所作为，实际应用价值有限。本项目通过开展非线性可宽频压电振动能量采集技术研究，研究环境参数、机械参数以及电学参数改变对系统振动和发电性能的影响。本项目研究目的是为通过对可宽频压电振子进行性能分析，掌握其振动及电学特性，旨在揭示影响压电能量采集效率和拓频能力的因素及规律，为低耗能电子产品的压电新能源研究奠定理论和技术基础。 3、主要论点与论据： 本项目根据机械振动学和压电学相关知识进行非线性压电振子振动能量捕获行为的动力学建模与求解，通过数值分析方法研究非线性磁力作用下的单稳和双稳压电振子的形成机制及对共振带宽的影响因素和规律；通过机电等效原理，建立非线性压电振子与标准整流电路串联耦合电路仿真模型，仿真分析电学参数对系统动态性能和发电性能的影响规律，以此优化整流与存储电路；最后通过实验验证了理论分析的正确性。 4、创见与创新： 从非线性动力学的角度建立了压电振子非线性振动能量捕获过程的数学模型，通过参数化分析揭示其中的单稳和双稳态形成条件及其对压电振子共振带宽、振动能量捕获效率的影响因素和规律。通过建立压电振子和非线性整流过程的串联仿真模型，对振动能量捕获及其转换存储电路进行耦合分析，为非线性整流与存储电路的优化设计提供理论指导，最终为无线传感节点自供电的工程实现奠定理论基础。 5、社会经济效益，存在的问题： （1）社会经济效益 本项目的研究成果有望应用于无线传感器网络自供能。可以为工业设备或生态环境无线监控网络、道路交通照明或指示灯、低功耗无线电子设备等提供一种长期、无污染的独立电源。 （2）目前存在的问题 由于压电材料的能量转换效率较低，通过单独使用压电元件，很难将振子俘获的全部振动能转换成电能。为了进一步提高系统的机电转化效率，下一步研究工作可向多机电换能器复合俘能方向拓展。在压电材料的选用和提高俘能器使用寿命方法可进行综合考量。 6、历年获奖情况： 无 7、成果简介： 为了解决线性压电振子工作频带窄，俘能效率低的问题，本项目进行了非线性宽频俘能技术研究。建立了非线性磁力作用下的压电振动能量俘获行为的数学模型。通过改变模型自身的参数以及外界振动源特性，分析了非线性单稳和双稳压电振子的形成机制和频带影响因素。建立了非线性压电振动能量采集器机电等效电路与功率调理电路串联耦合连接的电路模型，通过参数化分析寻求最优电学参数以提高电路的能量存储效率。本项研究为预测与实际电路相连的压电能量采集器发电性能提供了理论方法参考，为低耗能电子产品的新能源研究奠定理论和技术基础。

齐齐哈尔大学

该项目为储备库项目资源，暂无效益分析内容。