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基于压电材料的中低频振动能量收集研究随着能源消耗的增加和气候变化的加重，开发新型高效可再生能源已成为国际社会面临的重要任务。
其中，振动能源收集技术在实现可持续能源的方面具有重要的应用价值。
压电材料是目前振动能量收集技术中最常用的材料之一。
本文将介绍压电材料的特性及其在中低频振动能量收集中的应用研究。
一、压电材料的基本原理压电材料是一种具有压电效应的晶体材料。
当施加电场时，其晶体结构发生畸变，导致材料产生四极矩电荷分布，从而产生电势差。
压电材料具有高灵敏度、高效率、广泛的频率响应范围等优点，在振动能量收集领域有着很大的应用前景。
二、压电材料在中低频振动能量收集中的应用1. 压电振动发电器压电振动发电器是一种将机械振动能量转化为电能的设备。
其工作原理是利用压电效应，将机械振动转化为电能。
常见的压电振动发电器有谐振式压电振动发电器和非谐振式压电振动发电器。
谐振式压电振动发电器利用压电材料的谐振特性，增加振动能量转化的效率。
非谐振式压电振动发电器则不考虑谐振条件，直接将机械振动能量实时转化为电能。
2. 压电能量收集系统压电能量收集系统是利用压电材料将振动能量转化为电能的集成化系统，包括多个能量转换单元、电压调节单元、能量存储单元等。
压电能量收集系统具有灵敏度高、精度高、工作稳定等特点，可以应用于各种中低频振动场合。
3. 压电扬声器压电扬声器利用压电效应将电能转化为机械振动，从而实现声音的放大。
压电材料具有高效能的振动响应，因此可以用于制作高效能的压电扬声器。
三、压电材料在中低频振动能量收集中的研究进展近年来，国内外学者对压电材料在中低频振动能量收集中的应用进行了深入研究。
其中包括压电振动发电器的设计优化、压电能量收集系统的集成化设计优化、压电材料的功能化修饰等。
例如，美国密歇根大学与俄亥俄州州立大学的学者合作研究发现，将压电材料与纤维组合成复合材料后，可以获得较高的压电转化效率和机械强度，从而实现中低频振动能量的收集。
基于压电元件的振动控制技术研究摘要：振动控制一直都是机械、精密仪器、航空等领域研究的课题，在各种新型的减振技术被提出的同时，具有良好的机电耦合特性的压电材料也被广泛的应用在减振领域。
本文利用带压电分支电路的压电悬臂梁模型，研究了利用压电元件的压电效应特性对振动结构体振动被动控制的方法，运用Matlab对该模型进行了频率响应分析，利用Ansys对其进行了模态分析，实验分析了压电元件对机械系统振动特性的影响，验证了理论的结果。
关键词：机电耦合；振动控制；压电效应；分支电路0引言随着人们对减振技术的研究，压电元件对振动控制的研究受到了广泛的关注。
振动存在于人们的生活、工作等各个领域，往往带来的是一些消极的影响。
例如，振动以弹性波的形式传播，会产生噪声污染。
振动还影响着人们的日常生活和工业生产。
比如，工厂中各种机器设备的振动幅度若超出一定的范围，将会对操作人员的健康产生极大的危害；航空发动机叶片、叶轮的振动会减少发动机的寿命，使机械零件产生疲劳，重则还会危害飞行人员的安全等。
如此可见，振动带来的危害是不可小觑的，如何降低振动对周围环境设备和人体带来的危害就变得尤为重要。
1项目介绍有些机械由于结构的复杂，在研究和加工过程中，每个环节上出现误差，都很可能造成整机产生振动。
本课题主要利用压电元件良好的机电耦合特性，将压电片表面电极与控制电路相连，压电元件作为机械部分与电路部分的媒介，以被动控制的方式来达到减振的目的。
通过给振动结构体附加压电元件并外接一个电路，改变结构的动态特性，使系统振动产生的能量转化为电能并通过其他形式消耗掉，以此来改变固有频率、振动位移的幅值和振动的衰减率等，从而起到减振的效果。
当压电片等效的电容和连入电路中的电感元件组成谐振电路的谐振频率与系统的固有的共振频率相近时，则会起到吸震作用。
电阻分支电路电阻电感分支电路图1 压电分支电路2压电材料及压电效应压电材料具有正压电效应和逆压电效应的性质，不仅能作为制动器，也能作为传感设备。
基于压电效应的振动能量采集技术研究与应用振动能量采集技术是近年来新兴的能量采集技术之一，它可以将机械振动能转换为电能，用于供电。
传统的机械振动能量采集技术存在着运动部件易损坏、一般工况下效率较低等问题，因此开发一种高效且具有良好可靠性的振动能量采集技术尤为重要。
本文将介绍一种基于压电效应的振动能量采集技术及其在工业、医疗行业中的应用。
压电效应是压力作用下某些晶体（如石英、氧化锆）产生电荷的现象。
这种电荷的大小与作用在其表面上的力的大小成正比。
基于此原理，压电效应被应用于振动能量转换。
这种振动能量采集技术主要包括振动能量收集、电路能量转换和电池储存三个方面。
首先是振动能量的收集。
振动能量可以通过杆、弹簧和干涉型等不同结构的振动力传感器进行收集。
其中，干涉型振动力传感器具有更高的灵敏度和更宽的采集范围。
该传感器由两个压电陶瓷构成，当受到振动力时，两个压电陶瓷之间会发生形变，从而产生电荷。
这种传感器可以将较小的振动力转换成电信号，并输出到接收电路中。
接下来是电路能量转换。
振动能量在传感器中产生的电信号非常微小，因此需要进行放大和滤波。
接收电路一般由放大器、整流器和能量管理电路组成。
放大器可以将电压放大几倍，整流器将交流电转变为直流电，能量管理电路则可以将转换后的电能存储在电池中。
最后是电池储存。
振动能量采集技术的最终目的就是通过将机械能转换为电能，完成设备的供电。
因此需要将采集到的电能进行储存并应用到实际的设备中。
常用的储能器件有电容器、铅酸蓄电池和锂离子电池等。
不同的储能器件具有不同的特性，需要根据具体的需要进行选择。
基于压电效应的振动能量采集技术不仅可以用于一些较小的电子设备，如手表、遥控器等，还能应用于一些大型的设备上。
例如，振动式微动器（MEMS）需要应用在一些对电池寿命要求较高的设备中，使用机械振动能量采集技术可以避免频繁更换电池的问题。
此外，振动能量采集技术还广泛应用于制药、医疗、无线传感器网络等领域。
基于压电材料的振动能量采集技术研究与设计振动能量采集是一种能够将环境中的振动能量转化为电能的技术。
基于压电材料的振动能量采集技术，作为一种非常有效的能量收集方式，在能源领域和无线传感器网络中得到了广泛的研究和应用。
压电材料是一类能够产生电荷变化的晶体材料，在外加力或振动的作用下显示出压电效应。
常用的压电材料包括铅酸锌、二硼酸钠等。
基于压电材料的振动能量采集技术的原理是将振动能量转化为机械能，然后通过压电材料的压电效应将机械能转化为电能。
在振动能量采集技术中，压电材料起到了至关重要的角色。
它们能够将外界的振动能量转化为电能，从而为无线传感器网络等设备提供能源。
举例来说，压电材料可以被应用于道路上的车辆行驶时产生的振动能量的采集，以供照明设备运行。
此外，基于压电材料的振动能量采集技术还可以应用于人体健康监测、环境监测以及智能结构中的能量供给等领域。
在设计基于压电材料的振动能量采集技术时，需要考虑以下几个关键因素。
首先，合适的振动源选择是设计成功的关键。
振动能量采集的效率受到振动源特性的影响，因此选择适合特定应用场景的振动源非常重要。
例如，在交通道路上，车辆的振动源可以被采用，而在建筑结构中，风吹位移或地震等振动源也可以用于能量采集。
其次，需要选择合适的压电材料。
不同的压电材料具有不同的性能和优缺点，因此在设计中需要根据实际需求选择适合的压电材料。
一些性能指标需要考虑的包括材料的压电系数、机械耐久性、温度特性等。
接下来，需要设计合理的能量转换和集成电路电路。
将机械能转化为电能需要设计合适的能量采集电路。
此外，考虑到能量转换的效率和稳定性，集成电路的设计也至关重要。
在进行基于压电材料的振动能量采集技术研究时，还需要解决以下几个挑战。
首先，振动能量的低频特性限制了能量转换效率。
传统的振动能量采集技术在低频范围内往往效果不佳，因此需要开展更深入的研究来提高低频振动能量的转换效率。
其次，振动能量的变化和不稳定性可能导致能量采集系统的失效。
压电式振动盘工作原理
压电式振动盘是一种利用压电效应产生振动的装置。
压电效应是指某些晶体在受到外力压缩或拉伸时，会产生电荷的分布不均匀，从而产生电势差。
在压电式振动盘中，利用压电材料的这种特性来实现振动。
压电式振动盘的主要组成部分是压电材料和驱动电路。
压电材料通常采用压电陶瓷或压电聚合物，这些材料具有压电效应。
驱动电路则负责提供电压信号，通过压电材料的压电效应将电能转化为机械振动能量。
压电式振动盘的工作原理可以分为两个步骤。
首先，当外加电压施加到压电材料上时，压电材料会发生形变，即由于电荷的分布不均匀而产生机械应变。
这种应变是由于压电效应引起的，电荷的分布不均匀导致晶体结构发生畸变，进而引起压电材料的体积变化。
接下来，在压电材料受到外力压缩或拉伸时，由于压电效应的作用，压电材料内部的电荷会发生重新分布，从而产生电势差。
这个电势差可以被驱动电路感知到，并将其转化为控制信号。
驱动电路根据接收到的控制信号，调整供给给压电材料的电压信号的频率和振幅。
通过合理的调整，可以使压电材料在特定频率下产生机械振动。
这种振动可以用于实现各种功能，例如将物体从一个位置转移到另一个位置、实现精确的定位、实现精确的计量等。
压电式振动盘的工作原理基于压电效应的特性，可以将电能转化为机械能，并通过驱动电路的控制实现特定频率的振动。
这种振动在很多领域都有广泛的应用，例如在精密仪器中用于精确定位，或者在消费电子产品中用于实现触觉反馈效果。
压电式振动盘的工作原理的研究和应用，对于提高电子产品的性能和功能具有重要意义。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(10472039);兰州理工大学学术梯队特色研究方向重点资助计划基金项目(T 200207)收稿日期:2006-11-28 收修改稿日期:2007-03-11压电材料与智能结构在振动控制中的研究与前景展望田海民1,缑新科1,2(1.兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州 730050;2.兰州大学力学系,甘肃兰州 730000) 摘要:智能结构具有自诊断、自适应特性,越来越多地应用于航天结构、机器人、高精度光学系统等方面。
压电材料具有正、逆压电效应,既可以作为作动器又可做传感器,因而常被应用于智能结构。
基于压电材料的特点介绍了振动控制方法,对目前智能结构在振动控制领域的应用现状进行了回顾,最后指出了今后需要解决的主要问题。
关键词:压电材料;智能结构;振动控制中图分类号:T B381 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2007)08-0007-03Application and Development Trend of Vibration ControlB ased on Piezoelectric Materials and I ntelligent StructuresTI AN Hai 2min 1,G OU X in 2ke 1,2(1.College of E lectrical E ngineering and I nform ation E ngineering ,Lanzhou U niversity of T echnology ,Lanzhou 730050,China ;2.Dep artment of Mech anics ,Lanzhou U niversity ,Lanzhou 730000,China)Abstract :Intelligent structure has the characters of self 2diagnosis ,self 2adaptation.S o it is widely used in the fields of large 2scale aerospace structure ,robot ,the high 2accuracy optical system and other areas.Sens or and actuator based on the intrinsic direct and converse piezoelectric effects of piezoelectric materials have been widely used in intelligent structures.The methods of vibration control based on the characters of piezoelectric materials were introduced.Application of piezoelectric materials in vibration control now have been reviewed and the main problems still need to s olve were raised.K ey w ords :piezoelectric material ;intelligent structure ;vibration control 0 引言随着航空航天、机器人、微电子机械等高新技术的发展,对系统振动的抑制成为各种系统设计的一个重要问题。
