一种多方向低频振动压电俘能器及测试方法

本发明主要涉及俘能，具体涉及一种多方向低频振动压电俘能器及测试方法。

背景技术：

1、随着无线传感器、便携式电子产品等设备在各领域的广泛应用，其供能装置的局限性逐步体现，尤其是电池更换、维护困难等问题，一直未得到有效解决。振动能量采集技术可以将广泛存在于环境中的振动能转换为电能，提供远程电源给一些储能设备充电，这使其成为微型低功耗无线传感系统和微机械系统的理想电源。因此，对绿色环保的振动能量采集器的采集机理研究具有重要的工程意义。

2、传统的振动能量采集技术大多为单一能量采集技术，存在能量采集效率较低、性能提升受限等不足，同时由于化学电池的毒性和易燃易爆的特性，存在环境污染，在某些特殊环境下限制使用；且无线传感网络的传感节点数量较多，同时分布广泛，充电难度大，人工更换电池的成本高目，特别是在某些应用场景下，存在根本无法进行充电和更换电源的情况。

技术实现思路

1、本发明主要提供了一种多方向低频振动压电俘能器及测试方法用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

2、本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

3、一种多方向低频振动压电俘能器，包括多方向俘能器和振动台，所述多方向俘能器包括有两个六角夹具，两个所述两个六角夹具叠在一起，所述六角夹具的中心安装有质量块，所述质量块为六边形结构，所述质量块的侧面呈米字型圆周分布安装有六个悬臂梁，所述悬臂梁表面覆盖一层压电片；

4、所述多方向俘能器安装在振动台的顶部，所述振动台包括振动台本体和固定箱，所述振动台本体的顶部设置有动圈，所述动圈的顶部圆心处安装有驱动杆，所述驱动杆的顶部位于质量块的正下方，所述驱动杆和质量块之间具有一定间隙，所述振动台本体的底部设置有底座，所述底座为u型结构，所述底座的顶部两侧转动连接有挂耳，两个所述挂耳分别与振动台本体两侧相连接，所述固定箱与所述六角夹具底部相连接和振动台本体顶部相连接。

5、进一步的，在本发明中，两个所述六角夹具通过多个小螺栓和多个m8六角螺母相连接固定，六个所述悬臂梁的一端插入两个六角夹具内部被固定。

6、进一步的，在本发明中，所述质量块和驱动杆之间之间具有一定间隙，间隙小于动圈上下运作的上限值。

7、进一步的，在本发明中，两个所述六角夹具的顶部还呈圆周分布安装有六根大螺杆，每根所述大螺杆上还安装有两个分别位于两个六角夹具顶部和底部的m10六角螺母。

8、进一步的，在本发明中，六根所述大螺杆的另外一端通过六个m10六角螺母将固定箱固定在振动台本体上。

9、进一步的，在本发明中，所述悬臂梁采用金属铜材料，密度为8900kg/m3，泊松比为0.35，杨氏模量为110gpa；

10、质量块采用结构钢材料，密度为7850kg/m3，泊松比为0.33，杨氏模量为200gpa；

11、压电片采用pzt-5h材料，密度为7500kg/m3，泊松比为0.31，压电系数d31为-274，介电常数为3400，杨氏模量为71gpa。

12、进一步的，在本发明中，所述六角夹具和固定箱均采用亚克力板材料。

13、进一步的，在本发明中，还包括有能量管理电路，所述能量管理电路包括阻抗匹配电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、储能电路和用于连接多个多方向俘能器的导线，多个所述多方向俘能器采用并联相连接，多个所述多方向俘能器组成的电路、阻抗匹配电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、储能电路依次串联。

14、进一步的，在本发明中，上述的任一种多方向低频振动压电俘能器所使用的测试方法，包括以下步骤：

15、步骤一：先由信号发生器产生振动信号，再经过功率放大器将振动信号放大，之后输送给振动台，使振动台产生一定振幅的振动信号；

16、步骤二：多方向俘能器接收并将振动信号转化为电信号，其电信号由nidaq数据采集系统采集，通过labview采集程序将数据导出进行分析。

17、进一步的，在本发明中，还包括以下步骤：

18、步骤三：再在多方向俘能器上安装加速度传感器，测量振动台的加速度幅值，根据加速度计反馈的电压信号，对振动台产生的振幅和频率进行调整，保证测试的准确性。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、1、本发明通过设计一款多方向低频振动压电俘能器的装置，测试方法，将环境中的振动能量转换为电能，从而为无线传感器和便携式电子设备供电，实现了电能的自供给功能；

21、2、本发明设计的多方向低频振动压电俘能器不仅改进了某些应用场景传感器和电子设备无法进行充电和更换电源的缺点，而且改进了传统的振动能量采集技术大多为单一能量采集技术，存在能量采集效率较低、性能提升受限等缺点；

22、3、本发明设计多方向低频振动压电俘能器有着采集效率高，范围广，结构简单，环保节能等优点。

23、以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。

技术特征：

1.一种多方向低频振动压电俘能器，包括多方向俘能器和振动台，其特征在于，所述多方向俘能器包括有两个六角夹具(1)，两个所述两个六角夹具(1)叠在一起，所述六角夹具(1)的中心安装有质量块(6)，所述质量块(6)为六边形结构，所述质量块(6)的侧面呈米字型圆周分布安装有六个悬臂梁(5)，所述悬臂梁(5)表面覆盖一层压电片(3)；

2.根据权利要求1所述的一种多方向低频振动压电俘能器，其特征在于，两个所述六角夹具(1)通过多个小螺栓(4)和多个m8六角螺母(2)相连接固定，六个所述悬臂梁(5)的一端插入两个六角夹具(1)内部被固定。

3.根据权利要求1所述的一种多方向低频振动压电俘能器，其特征在于，所述质量块(6)和驱动杆(12)之间之间具有一定间隙，间隙小于动圈(7)上下运作的上限值。

4.根据权利要求1所述的一种多方向低频振动压电俘能器，其特征在于，两个所述六角夹具(1)的顶部还呈圆周分布安装有六根大螺杆(13)，每根所述大螺杆(13)上还安装有两个分别位于两个六角夹具(1)顶部和底部的m10六角螺母(14)。

5.根据权利要求4所述的一种多方向低频振动压电俘能器，其特征在于，六根所述大螺杆(13)的另外一端通过六个m10六角螺母(14)将固定箱(11)固定在振动台本体(8)上。

6.根据权利要求1所述的一种多方向低频振动压电俘能器，其特征在于，所述悬臂梁(5)采用金属铜材料，密度为8900kg/m3，泊松比为0.35，杨氏模量为110gpa；

7.根据权利要求1所述的一种多方向低频振动压电俘能器，其特征在于，所述六角夹具(1)和固定箱(11)均采用亚克力板材料。

8.根据权利要求1所述的一种多方向低频振动压电俘能器，其特征在于，还包括有能量管理电路，所述能量管理电路包括阻抗匹配电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、储能电路和用于连接多个多方向俘能器的导线，多个所述多方向俘能器采用并联相连接，多个所述多方向俘能器组成的电路、阻抗匹配电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、储能电路依次串联。

9.权利要求1-8所述的任一种多方向低频振动压电俘能器所使用的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种多方向低频振动压电俘能器所使用的测试方法，其特征在于，还包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种多方向低频振动压电俘能器及测试方法，属于俘能技术领域，包括多方向俘能器和振动台，所述多方向俘能器包括有两个六角夹具，六角夹具的中心安装有质量块，所述质量块的侧面安装有六个悬臂梁，所述悬臂梁表面覆盖一层压电片；所述振动台包括振动台本体，所述振动台本体的顶部设置有动圈，所述动圈的顶部圆心处安装有驱动杆，本发明将环境中的振动能量转换为电能，从而为无线传感器和便携式电子设备供电，实现了电能的自供给功能；不仅改进了某些应用场景传感器和电子设备无法进行充电和更换电源的缺点，而且改进了传统的振动能量采集技术大多为单一能量采集技术，存在能量采集效率较低、性能提升受限等缺点。

技术研发人员：张丽,段维维,黄永跃,石婷婷,陈玲
受保护的技术使用者：安徽信息工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/11/4