一种压电式能量采集器及压电式能量采集方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能源技术领域，具体涉及一种压电式能量采集器及压电式能量采集方 法。
【背景技术】
[0002] 在自然环境中，存在太阳能、风能、热能、机械能等不同的能源，这些能源都可以转 化为电能，其中，振动能由于无处不在并且为绿色能源而成为了关注的热点，目前将振动能 转换为电能主要方式是：通过线性谐振器采集与谐振器振动频率匹配的振动能，将其转换 为电能。但是线性谐振器仅仅对处于谐振频率附近的振动能的采集效率高，一旦外界环境 的振动频率偏离谐振频率时，能量采集效率较低。
【发明内容】
[0003] 本发明实施例公开了一种压电式能量采集器及压电式能量采集方法，可以提高振 动能的能量采集效率。
[0004] 本发明实施例第一方面公开了一种压电式能量采集器，包括：
[0005] 振动台（101)，固定连接第一横梁（102)的第一端和第二横梁（103)的第一端； [0006] 所述第一横梁（102)背离所述第二横梁（103)的一侧上固定连接第一质量块 (104)，所述第一横梁（102)背离所述第二横梁（103)的一侧电连接第一压电层（106)，所 述第一压电层（106)上固定第一金属电极（108)，所述第二横梁（103)背离所述第一横梁 (102)的一侧上固定连接第二质量块（105)，所述第二横梁（103)靠近所述第一横梁（102) 的一侧电连接第二压电层（107)，所述第二压电层（107)上固定连接第二金属电极（109)， 所述第一横梁（102)电连接第一导线（110)的第一端，所述第一导线（110)的第二端连接 所述第二金属电极（109);
[0007] 所述第一金属电极（108)和负载（113)的第一端通过第二导线（111)连接；所述 第二横梁（103)电连接第三导线（112)的第一端，所述第三导线（112)的第二端连接所述 负载（113)的第二端。
[0008] 在本发明实施例第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一压电层（106)的 材料包括无机压电材料或/和有机压电材料；或/和，
[0009] 所述第二压电层（107)的材料包括无机压电材料或/和有机压电材料。
[0010] 结合本发明实施例第一方面，在本发明实施例第一方面的第二种可能的实现方式 中，所述振动台（101)固定连接第一横梁（102)的第一端的连接方式为螺纹连接；或/和，
[0011] 所述振动台（101)固定连接第二横梁（103)的第一端的连接方式为螺纹连接。
[0012] 结合本发明实施例第一方面，在本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式 中，所述第一横梁（102)与所述第一质量块（104)通过粘合剂固定连接；或/和，
[0013] 所述第二横梁（103)与所述第二质量块（105)通过粘合剂固定连接。
[0014] 结合本发明实施例第一方面，在本发明实施例第一方面的第四种可能的实现方式 中，所述第一横梁（102)和所述第二横梁（103)均为导体。
[0015] 结合本发明实施例第一方面，在本发明实施例第一方面的第五种可能的实现方式 中，所述第一横梁（102)和所述第二横梁（103)均为绝缘体，其中，所述第一横梁（102)背 离所述第二横梁（103)的一侧通过第三金属电极（114)电连接所述第一压电层（106)，所 述第一横梁（102)背离所述第二横梁（103)的一侧通过所述第三金属电极（114)电连接所 述第一导线（110)的第一端，所述第二横梁（103)靠近所述第一横梁（102)的一侧通过第 四金属电极（115)电连接所述第二压电层（107)，所述第二横梁（103)靠近所述第一横梁 (102)的一侧通过所述第四金属电极（115)电连接第三导线（112)的第一端。
[0016] 结合本发明实施例第一方面，在本发明实施例第一方面的第六种可能的实现方式 中，所述第一横梁（102)为导体，所述第二横梁（103)为绝缘体，其中，所述第二横梁（103) 靠近所述第一横梁（102)的一侧通过第四金属电极（115)电连接所述第二压电层（107)，所 述第二横梁（103)靠近所述第一横梁（102)的一侧通过所述第四金属电极（115)电连接第 三导线（112)的第一端。
[0017] 结合本发明实施例第一方面，在本发明实施例第一方面的第七种可能的实现方式 中，所述第一横梁（102)为绝缘体，所述第二横梁（103)为导体，其中，所述第一横梁（102) 背离所述第二横梁（103)的一侧通过第三金属电极（114)电连接所述第一压电层（106)，所 述第一横梁（102)背离所述第二横梁（103)的一侧通过所述第三金属电极（114)电连接所 述第一导线（110)的第一端。
[0018] 基于本发明实施例第一方面公开的任一种压电式能量采集器，本发明实施例第二 方面公开了一种压电式能量采集方法，包括：
[0019]测量第一振动系统的第一固有频率；所述第一振动系统包括所述第一横梁 (102) 、所述第一质量块（104)以及所述第一压电层（106);
[0020] 测量第二振动系统的第二固有频率；所述第一振动系统包括所述第二横梁 (103) 、所述第二质量块（105)以及所述第二压电层（107);
[0021] 振动所述振动台（101)，测量所述振动台（101)的外加频率；
[0022] 当所述振动台（101)的外加频率处于第一预设测量频率和第二预设测量频率之 间时，测量所述负载（113)上的电压；其中，所述第一预设测量频率小于所述第一固有频率 且小于所述第二固有频率；所述第二预设测量频率大于所述第一固有频率且大于所述第二 固有频率；
[0023] 计算所述负载（113)的均方根功率，得到所述负载（113)的均方根功率与外加频 率的对应关系。
[0024] 在本发明实施例第二方面的第一种可能的实现方式中，所述计算所述负载（113) 的均方根功率，得到所述负载（113)的均方根功率与外加频率的对应关系，包括：
[0025] 调整所述振动台（101)的振动加速度，计算所述负载（113)上在不同振动加速度 下的均方根功率，得到在不同振动加速度下，所述负载（113)的均方根功率与外加频率的 对应关系。
[0026] 本发明实施例中，测量第一振动系统的第一固有频率；第一振动系统包括第一横 梁（102)、第一质量块（104)以及第一压电层（106);测量第二振动系统的第二固有频率； 第一振动系统包括第二横梁（103)、第二质量块（105)以及第二压电层（107);振动振动 台（101)，测量振动台（101)的外加频率；当振动台（101)的外加频率处于第一预设测量频 率和第二预设测量频率之间时，测量负载（113)上的电压；其中，第一预设测量频率小于第 一固有频率且小于第二固有频率；第二预设测量频率大于第一固有频率且大于第二固有频 率；计算负载（113)的均方根功率，得到负载（113)的均方根功率与外加频率的对应关系。 实施本发明实施例，当测量频率处于第一固有频率和第二固有频率之间时，负载（113)的 均方根功率较尚，与单个振动系统相比，本发明实施例公开的双振动系统（包括第一振动 系统和第二振动系统）可以拓宽能量采集的频带宽度，提高振动能的能量采集效率。
【附图说明】
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0028] 图1是本发明实施例公开的一种压电式能量采集器；
[0029] 图2是本发明实施例公开的一种基于压电式能量采集器的压电式能量采集方法 的流程图；
[0030] 图3是本发明实施例公开的另一种基于压电式能量采集器的压电式能量采集方 法的流程图；
[0031] 图4是本发明实施例公开的一种均方根功率随外加频率变化的测试曲线图；
[0032] 图5是本发明实施例公开的另一种均方根功率随外加频率变化的测试曲线图；
[0033] 图6是本发明实施例公开的另一种均方根功率随外加频率变化的测试曲线图；
[0034] 图7是本发明实施例公开的另一种均方根功率随外加频率变化的测试曲线图；
[0035] 图8是本发明实施例公开的另一种压电式能量采集器；
[0036] 图9是本发明实施例公开的另一种压电式能量采集器；
[0037] 图10是本发明实施例公开的另一种压电式能量采集器；
[0038] 图11是本发明实施例公开的另一种压电式能量采集器；
[0039] 图12是本发明实施例公开的另一种压电式能量采集器。
【具体实施方式】
[0040] 下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清 楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部实施方 式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动