电磁-压电复合发电系统运行参数监测系统设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

在最近几年，便携式电子设备、无线通电技术和微机系统的迅速发展促使无线传感技术的研究再次成为热点。然而，绝大多数的无线传感器等微电子产品都是利用传统的电池供给电能。但是由于传统电池的技术近年来一直停滞不前，并且其供电的一些明显的缺陷(如质量大，体积大，寿命有限，需要定期更换或充电，以及由此所带来的材料浪费，重金属污染等问题)一直都没有找到一个有效的解决方法。并且在许多场合，例如战场或者宇宙空间，电池更换问题难以解决。在这种情况下，无线传感器难以发挥其应有的作用，所以传统电池的供电方式和使用特点己经不适合为日益复杂的微电子产品供电。

考虑到微电子产品耗能一般较小，之前的学者己经考虑到了可以转化周围环境中的振动能量为其供电。这种可以将环境中的振动机械能转化为电能的装置称为振动式发电装置。振动式发电装置根据能量转换机理的不同，可分为电磁式、压电式、静电式、磁致伸缩式和复合式等类型。其中压电发电装置利用压电材料的正压电效应，即当压电材料因振动而产生物理变形时会在其上下表面产生正负电荷，从而实现了从机械能到电能的转化。目前的研究结果表明压电式发电装置具有不发热、输出能量密度大、无电磁干扰、结构简单易于加工，便于实现小型化和集成化等诸多优点，所以受到国内外的学者普遍关注，具有非常光明的应用前景。为了获得更好的输出效果，国内外的研究人员考虑到压电式和电磁式发电装置都具有较高的机电耦合系数，并且这两种发电装置都不需要外接电源等特点。于是将目光投向了将这两种发电装置耦合在一起，即压电一电磁复合发电装置。相比较于单一发电装置，这种复合发电装置根据设计的不同有着增大输出、拓宽频率等不同优点。复合发电装置目前还处于研究阶段，但是其潜在的应用前景己经被科研人员所关注。

gonsalez等人为压电一电磁复合发电梁系统建立一个基于二端网络的机械一电气模型，并且分别为压电和电磁系统优化了外接阻尼。

2. 研究的基本内容与方案

图1为压电一电磁复合式俘模型。图中，磁铁作为俘能系统的质量固支梁支撑，并在磁铁中心上、下对称圈，pzt层粘结在基底梁的上表而。当励下振动时，磁铁的位置不断变化，此时围产生一个变化的磁场，从而在线圈中压，同时梁的振动变形使pzt层产生pzt材料上、下表而产生电压。

本设计对压电-电磁复合发电系统的电流，电压和功率进行监测。现如今对功率的监测有以下方案。

3. 研究计划与安排

1~3周：调研、查阅资料、结合毕业设计任务书，确定总体方案，完成开题报告；

4~8周：熟悉检测系统的基本设计原理和工作原理；翻译英文资料；

9~14周：设计检测系统的原理图，设计硬件单元电路图，并进行软件设计和仿真模拟；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]蔡华通，高世桥，李平，等.压电－电磁复合式俘能器的设计与实验研究[j].压电与声光.2015，37（2）：248-253.

[2]宋宇，宋隽炜.基于振动能量收集的传感器自供能技术研究[j].传感器与微系统,2015,34(9):13-16

[3]单小彪，袁江波，谢涛，等．悬臂梁单晶压电振子发电的理论建模与仿真[j]浙江大学学报，2010，44(3):528-532