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国际刊号:1004-6801
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基于驰振的压电能量采集器建模与实验研究
Modeling and Experimental Study of Galloping-Based Piezoelectric Energy Harvester
  
DOI:10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2020.03.002
中文关键词:  驰振  压电能量采集  分布参数模型  直流式闭口低速风洞
英文关键词:galloping  piezoelectric energy acquisition  the distributed parameter model  closed direct-flow Low-speed wind tunnel
基金项目:国家重点研发计划资助项目(2018YFB1501902);国家自然科学基金资助项目(51839010);陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2018JM5087)
作者单位
赵道利,胡新宇,孙维鹏,郭鹏程 (西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048) 
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中文摘要:
      在压电能量采集器分布参数模型的基础上,对驰振作用下悬臂式压电能量采集器的振动和能量采集情况作进一步理论分析,得到质量块起振风速以及从起振到驰振过程中所采集到功率的解析解。利用直流式闭口低速风洞分别对正三棱柱、正四棱柱悬臂式压电能量采集器进行实验测试,结果表明,正四棱柱能量采集器和正三棱柱能量采集器的采集功率分别达到0.248 5 mW和0.125 9 mW。通过对采集功率和电压时程曲线进行对比,其理论解和实验值吻合程度较高,理论模型具有较高精度。通过理论模型分析发现:风速越大,质量块质量越小,能量采集器采集功率越高;对于不同条件下的能量采集器均存在最优外载阻值,低风速下还会出现双最优外载阻值。
英文摘要:
      Based on the distributed parameter model of piezoelectric energy harvester, the vibration and power of cantilever piezoelectric energy harvester under galloping are further theoretically analyzed, meanwhile the analytical solution of tip′s onset speed and harvested power from onset to galloping are obtained in this paper. The cantilever piezoelectric energy harvesters with a regular tri-prism tip and a regular quad-prism tip are tested in a closed direct-flow low-speed wind tunnel. The experimental results show that their harvested power reaches 0.125 9 mW and 0.248 5 mW, respectively. Comparing the harvested power and its history curve, it is found that the theoretical solutions are in good agreement with the experimental ones, showing a high accuracy of the theoretical model.Thought the theoretical model analysis, the larger the wind speed and the smaller the tips mass are, the higher the power of energy harvester will be. For the energy harvester at different conditions, there are optimal external load resistance values, and there are also two optimal external load resistance values at low wind speed.
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