一种多压电悬臂梁的宽频减振集能装置的制作方法

本发明涉及震动能量俘获技术领域，具体涉及一种多压电悬臂梁的宽频减振集能装置。

背景技术：

在过去的十年中，微电子器件在运行时消耗的功率越来越小，于是国内外专家开始研究能量收集器，它可以收集周围环境振动能量来实现微电子器件自供能，比如海啸预警传感器、桥梁和建筑结构中安全诊断传感器，这些微电子器件通常利用传统的电池供电，但是传统的化学电池存在寿命短、体积大等问题，而能量收集器具有寿命长、体积小、能量密度高等优点，可替代传统电池为微电子器件供电。将振动能量转化为电能的方式一般有电磁式、压电式和静电式三种类型，相对于静电式和电磁式，压电式振动能量收集器具有结构简单、能量转换效率高等优点，受到了越来越广泛的重视。

目前压电悬臂梁装置的设计多是能量收集结构和压电传感器应用，主要调节压电悬臂梁结构参数与悬臂梁输出电压的关系，没有引入声子晶体理论的带隙特性，对弹性波带隙减少振幅和阻挡噪声传播的作用没有应用，压电集能装置注重的是振动能量收集效率，现有大部分装置只是针对各种振动形式的能量收集，没有拓宽压电振动的工作带宽，更多低频内的振动能量都转化为热能浪费，同时压电悬臂梁结构对减振降噪的应用较少，只是单纯的能量收集。

技术实现要素：

对于现有技术中所存在的问题，本发明提供的一种多压电悬臂梁的宽频减振集能装置，可以有效提高振动能量收集效率，实现明显的减振降噪作用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多压电悬臂梁的宽频减振集能装置，包括支架，所述支架一端设有紧固螺栓，所述支架另一端设有若干均匀分布的夹槽，所述夹槽内设有可自由滑动的压电收集装置，所述压电收集装置包括压板，所述压板上设有若干相互平行的压电悬臂梁，同一所述压板上的相邻所述压电悬臂梁上远离所述压板的一端与相邻所述夹槽内的同一位置的所述压电悬臂梁远离所述压板的一端均设有弹性金属丝相连；

所述压电悬臂梁包括基板，所述基板上设有压电片，所述基板一端固定安装在所述压板上，所述基板另一端设有固定安装的质量块。

优选的，所述压板上设有凹槽与通槽，所述通槽垂直于所述凹槽，所述通槽与所述凹槽相连通，所述凹槽内设有若干可自由移动的滑动块，所述滑动块上螺纹连接有旋钮，所述凹槽位于所述压板上远离所述夹槽的一侧，所述基板插接在所述凹槽内，所述基板与所述旋钮相配合。

优选的，同一所述夹槽内相邻的所述压电悬臂梁之间的距离小于所述基板的长度。

优选的，同一所述压板上的不同所述基板的长度均相同，厚度均不同，不同所述夹槽内的所述压电收集装置的固有频率不同。

优选的，所述支架上至少设有两个夹槽，所述夹槽上至少设有一个基板，所述基板上设有两块压电片。

本发明的有益效果表现在：

1、本发明中采用压电悬臂梁和质量块多层分布的设计，通过调整压电悬臂梁的数目并将压电悬臂梁按照一定顺序排列，以改变本装置的固有频率，实现了压电集能功能，使压电集能更加高效，代替了现有大部分压电集能设计对单一特征频率的能量收集；在压电集能的同时实现减振降噪功能，多悬臂梁结构与主系统发生共振时形成的多禁带，减少了主系统主要的振动波，降低其产生的噪声，维护了机械生产需要的低噪声、低振动绿色环境；

2、本发明中通过不同频率的压电收集装置，并与每个压电收集装置中不同厚度的基板相配合，有效拓宽了压电式悬臂梁的共振频率带宽，实现宽频压电振动能量收集。

附图说明

图1为本发明一种多压电悬臂梁的宽频减振集能装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种多压电悬臂梁的宽频减振集能装置的压板的结构示意图。

图中：1-支架、2-紧固螺栓、3-夹槽、4-压板、5-弹性金属丝、6-基板、7-压电片、8- 质量块、9-凹槽、10-通槽、11-滑动块、12-旋钮。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1-2所示的一种多压电悬臂梁的宽频减振集能装置，包括支架1，所述支架1一端设有紧固螺栓2，所述支架1另一端设有若干均匀分布的夹槽3，所述夹槽3内设有可自由滑动的压电收集装置，所述压电收集装置包括压板4，所述压板4上设有若干相互平行的压电悬臂梁，同一所述压板4上的相邻所述压电悬臂梁上远离所述压板4的一端与相邻所述夹槽 3内的同一位置的所述压电悬臂梁远离所述压板4的一端均设有弹性金属丝5相连；所述压电悬臂梁包括基板6，所述基板6上设有压电片7，所述基板6一端固定安装在所述压板4上，所述基板6另一端设有固定安装的质量块8。

所述压板4上设有凹槽9与通槽10，所述通槽10垂直于所述凹槽9，所述通槽10与所述凹槽9相连通，所述凹槽9内设有若干可自由移动的滑动块11，所述滑动块11上螺纹连接有旋钮12，所述凹槽9位于所述压板4上远离所述夹槽3的一侧，所述基板6插接在所述凹槽9内，所述基板6与所述旋钮12相配合；同一所述夹槽3内相邻的所述压电悬臂梁之间的距离小于所述基板6的长度；同一所述压板4上的不同所述基板6的长度均相同，厚度均不同，不同所述夹槽3内的所述压电收集装置的固有频率不同；所述支架1上至少设有两个夹槽3，所述夹槽3上至少设有一个基板6，所述基板6上设有两块压电片7。

本发明工作时，通过所述紧固螺栓2将支架1固定安装在主系统上振动信号较强的几个部位，然后将所述压板4安装在所述凹槽9中，然后根据主系统固有频率，调整所述压板4 上的所述压电悬臂梁的数目与位置，使本装置固有频率与主系统固有频率相等或者接近，同时使组成本装置的各所述压电收集装置的固有频率依据工作环境中的振动频域按照一定比例分布，主系统正常运行时，会出现一些特征频率，所述基板6跟随主系统振动而上下摆动，所述基板6的特征频率与主系统特征频率相等时产生共振现象，各个所述基板6的特征频率的振动通过所述弹性金属丝5的连接实现互相叠加，形成几段隔离带宽，降低主系统振幅，消耗主系统的振动能量，达到减振降噪的效果，同时随着主系统启动，带动所述基板6产生振动，所述基板6的振动使所述压电片7产生电信号，电信号通过外部电路输出为电能，完成将机械能转化为电能的过程，因在压电片7弯曲变形范围内，装置振动越强烈，压电片7 将产生越多的电能，所以同一所述压板4上的某一所述基板6的特征频率与主系统特征频率接近相等时产生共振现象，此时压电片7的变形量最大，变形频率最快，将获得最大电量输出，同时装置与主系统的共振会形成不同宽度的频率带隙，带隙之间存在的大量低频振动能量由位于同一压板4上的其余所述压电片7形成共振，使所述压电片7的弯曲变形产生的电荷转化成电能，通过外部电路收集起来，同时同一所述压板4上的相邻所述基板6之间与相邻所述压板4上的同一位置的相邻所述基板6之间均通过弹性金属丝5连接，既可以增强各个所述压电悬臂梁的震动幅度，又可以避免相邻的所述基板6之间相互影响，造成所述压电悬臂梁特征频率的改变。

以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。