| 基于驻极体静电俘能器的优化设计与实验测试 |
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| 引用本文： | 路俊虎,金磊,高世桥,高春晖,吕庆山,刘海鹏.基于驻极体静电俘能器的优化设计与实验测试[J].北京科技大学学报,2018(4):492-499. |
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| 作者姓名： | 路俊虎 金磊 高世桥 高春晖 吕庆山 刘海鹏 |
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| 作者单位： | 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京,100081
中国兵器工业导航与控制技术研究所,北京,100854 |
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| 基金项目： | 国家“863”计划基金资助项目(SS2013AA011104) |
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| 摘 要： | 针对环境中的低频振动能量,建立了一种双端固支梁振动式驻极体静电俘能器理论模型.利用Matlab/Simulink数值仿真对静电俘能器的各项关键参数进行了优化.分别研究了静电俘能器的输出功率、谐振频率、半功率带宽与驻极体表面电位、空气间隙以及负载电阻的关系.在研究中,外部激励加速度幅值及驻极体尺寸保持恒定.数值分析结果如下:(1)存在一个最佳表面电位使得静电俘能器的输出功率达到最大值,随着表面电位的增加,软弹簧效应逐渐增强使得俘能器谐振频率发生偏移,半功率带宽逐渐增大.(2)当表面电位一定时,存在一个最佳初始空气间隙使得功率达到最大,随着间隙的增大,半功率带宽随之减小.(3)当表面电位和空气间隙保持一定时,存在一个最佳负载使得功率达到最大,随着负载的减小,谐振频率发生偏移.(4)当空气间隙一定时,存在一个最佳负载使得带宽达到最大,且表面电位越大,相同负载下的带宽越大.实验测试了不同负载电阻下俘能器的输出特性:输出功率及半功率带宽都随着负载电阻的增大,先增大而后减小.当负载电阻为90MΩ时,对应的最大输出功率为0.188 mW;当负载电阻为330 MΩ时,对应的半功率带宽达到最大值为4.7Hz.
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| 关 键 词： | 驻极体 表面电位 空气间隙 负载电阻 谐振频率 半功率带宽 实验测试 |
Optimization design and experimental test of an electret-based electrostatic energy harvester |
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| LU Jun-hu,JIN Lei,GAO Shi-qiao,GAO Chun-hui,L Qing-shan,LIU Hai-peng.Optimization design and experimental test of an electret-based electrostatic energy harvester[J].Journal of University of Science and Technology Beijing,2018(4):492-499. |
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| Authors: | LU Jun-hu JIN Lei GAO Shi-qiao GAO Chun-hui L Qing-shan LIU Hai-peng |
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| Institution: | LU Jun-hu,JIN Lei,GAO Shi-qiao,GAO Chun-hui,L(U) Qing-shan,LIU Hai-peng |
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