技术领域：
本发明涉及一种双稳态压电能量回收装置，特别是一种双稳态压电能量回收装置对周围环境振动能量进行回收，属于可再生能源发电技术领域。
背景技术：
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振动能量回收是将周围环境中的振动能量转化为可被利用的电能，广泛的应用于mems等微功耗系统中，随着无线传感网络技术的发展，其在环境监测、建筑、军事、汽车等领域都得到了广泛的运用。但能量供给方式仍以化学电池为主要方式，但由于化学电池存在需要定期更换，体积大，回收困难且污染环境等问题，而压电能量回收装置具有结构简单、不发热、无电磁干扰、易于加工制作、实现结构的微型化、集成化等特点，因此压电能量回收已成为研究热点。
现有技术中，压电能量回收多采用悬臂梁式压电能量回收装置。但悬臂梁式压电能量回收装置应变分布不均匀，一般只在机械应变最大的根部粘贴压电片进行能量回收，由于其它位置应变较小，一般都不能得到有效的利用，并在进行振动能量收集时，只能够在单一稳态下对振动能量进行回收。所以在本发明中采用的是一种双稳态压电能量回收装置，采用的圆弧形悬臂梁应变分布均匀，并有两个稳态对周围环境振动能量进行收集，提高了能量收集效率。
技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种结构简单，性能稳定，具有双稳态压电能量回收装置，实现对宽频范围内环境中的振动能量进行收集。双稳态压电能量回收装置的方法是利用等强度悬臂梁产生均匀应变并利用压电驱动器切换两种稳态结构，以提高对周围环境振动能量回收的效率。
为达到本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：
实现本发明的目的技术解决方案为,一种双稳态压电能量回收装置，该装置结构包括：至少一个圆弧形悬臂梁、至少一个压电驱动器、至少一个压电元件、至少一个基座、至少一个弹簧、悬臂梁、固定端、压电能量收集电路。其特征在于：将所设计的圆弧形压电悬臂梁一端连接在悬臂梁上，另一端固定，通过弹簧将悬臂梁与基座连接在一起，并在悬臂梁的上下和左右面上安装压电驱动器，构成压电能量回收的双稳态结构。在双稳态压电能量回收装置中，圆弧形压电悬臂梁上下表面粘贴有压电元件，构成压电双晶结构，具体由压电元件、金属层、压电元件组成的三明治结构，其中金属层位于中间，金属层为轻金属铝或铝合金；压电元件在金属层两侧，由两面涂镀的电极组成，将其与压电能量回收电路连接，组成双稳态压电能量回收装置。
在双稳态压电能量回收装置中，将周围环境中的振动能转化为电能，通过圆弧形悬臂梁受到外界振动的作用在其表面产生应变，由于正压电效应，将机械振动能转化为电能，当收集的能量偏离在固有频率附近收集的能量时，即可以驱动安装在悬臂梁表面的压电驱动器，在压电驱动器的作用下，它将会从当前稳态结构跳跃到另一种稳态结构进行压电能量收集，通过在压电驱动器外载荷的作用下可以在两种稳态结构间相互跳变，其结构将大大提高能量收集效率。
本发明与现有技术比较，具有以下显著优点：(1)本发明采用的圆弧形悬臂梁，其圆弧形压电材料具有应变分布均匀的特点，能够更有效的利用压电材料产生的应变，其结构简单，能量转换效率高，。(2)本发明采用压电驱动器，驱动安装在悬臂梁上下和左右面的压电驱动器，可以改变悬臂梁的状态，让其在两种稳态的环境中来回变换工作。(3)本发明所设计的结构可将周围环境中的机械振动能转化为电能，为其它微电子器件供电。
附图说明：
图1是本发明一种双稳态压电能量回收装置；
图2是本发明在圆弧形悬臂梁上粘贴压电片；
图3是本发明在悬臂梁上安装压电驱动器。
图中：1弧形悬臂梁、2悬臂梁、3压电驱动器、4压电元件、5固定端、6基座、7弹簧、8压电能量收集电路
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
一种双稳态压电能量回收装置，该装置结构包括：弧形悬臂梁1、悬臂梁2、压电驱动器3、压电元件4、固定端5、基座6、弹簧7、压电能量收集电路8。将所设计的圆弧形压电悬臂梁一端连接在悬臂梁上，另一端固定，通过弹簧将悬臂梁与基座连接在一起，并在悬臂梁的上下和左右面上安装压电驱动器，构成压电能量回收的双稳态结构。在双稳态压电能量回收装置中，圆弧形压电悬臂梁上下表面粘贴有压电元件，构成压电双晶结构，具体由压电元件、金属层、压电元件组成的三明治结构，其中金属层位于中间，金属层为轻金属铝或铝合金；压电元件在金属层两侧，由两面涂镀的电极组成，将其与压电能量回收电路连接，组成双稳态压电能量回收装置。
如图1所示，在双稳态压电能量收集装置中，外界机械振动通过在圆弧形悬臂梁表面产生机械应变进而产生电荷，再通过驱动悬臂梁上压电驱动器，切换压电能量收集时的两种稳态结构，对外界环境振动能量进行高效回收；如图2所示，在圆弧形悬臂梁表面粘贴压电片，圆弧形悬臂梁由于振动会产生应变，根据正压电效应，在其表面会粘贴的压电片会产生电荷；如图3所示，在悬臂梁的上下和左右面安装压电驱动器，用于驱动悬臂梁改变悬臂梁的状态，在压电能量收集时，让其能够在两种稳态之间来回切换。
一种双稳态压电能量回收装置，实施步骤如下：
第1步:设计本装置的结构，首先利用圆弧形悬臂梁具有应变均匀分布的特点，设计出圆弧形悬臂梁结构，将其一端固定，另一端固定在悬臂梁上，悬臂梁通过弹簧支撑，弹簧固定在基座上，接着，在设计的圆弧形悬臂梁上粘贴多个压电元件，由于正压电效应，在受到力的作用时，在其表面会产生电荷；
第2步：在第一步的基础之上，将在压电元件表面产生的电荷，通过压电能量收集电路进行收集，在设计电路时将收集的电路首先通过整流电路进行整流，再连接dc-dc电路，将得到的电能进行储存或应用；
第3步：判断收集电压的大小，当振动能量收集电压小于在这一稳态结构附近收集的电压时，其会将信号反馈给压电驱动器，驱动压电驱动器工作，压电驱动器即会调节压电悬臂梁的收集状态，将圆弧形压电悬臂梁工作在另一稳态结构。接着重复第2步工作；
第4步：本发明装置的能量收集将依次重复上述步骤：第1步，第2步和第3步，对振动能量进行收集。
综上所述，本发明所提出的是一种双稳态压电能量回收装置。在本装置中其具有装置简单、质量轻、能量收集效率高、可将其结构在两个稳态之间进行来回跳变，对振动能量进行回收等优点。
在本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如在通用字典中定义的一些术语可以被理解成为具有与现有技术的上下文中的意义有一致的意义，并且除了一些特殊说明，不会用过于理想化或是过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案及有益效果进行了进一步详细说明，但所理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。