2016年第35卷第7期
传感器与微系统（TransducerandMicrosystemTechnologies）
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DOI;10.13873/J.10009787(2016)07-000504
不同频带宽度的振动能量收集器研究进展
王小丽，方玉明，丁立群，杨孟媛，钮飞，邓丽城（南京邮电大学电子科学与工程学院，江苏南京210003）
摘要：振动能量收集器由于具有体积小、寿命长、高能量密度等特点，被广泛用于微机电系统设备的供电。从频率角度出发，介绍了单谐振频率、宽频式、频率可调式三种不同频带宽度的振动能量收集器，并系统介绍了上述结构优缺点、国内外现状和发展趋势。其中，单谐振频率能量收集结构最为简单，研究较早，
技术比较成熟。而宽频式和频率可调式由于更加符合外界环境报动条件，成为研究热点。关键词：振动能量收集器；单谐振频率；宽频式；频率可调式
中图分类号：TM919
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2016)07-0005-04
Researchprogressof vibrationenergyharvesterswith
different bandwidth*
WANG Xiao-li, FANG Yu-ming, DING Li-qun, YANG Meng-yuan, NIU Fei, DENG Li-cheng
(College of Electronic Science and Engineering,Nanjing University of Posts and
Telecommunications,Nanjing 210003,China )
Abstract: Vibration energy harvester is widely used in power supply of micro-electro-mechanical system( MEMS) devices because of characteristics of small size, long lifetime and high energy density. Three types of vibration energy harvesters with different bandwidth, which are single resonant frequency, wide frequency, and frequency tunable type,are introduced from the aspect of frequency, and advantages, disadvantages, currently situation at home and abroad and future development trends of these structures are systematically introduced. The single resonant frequency energy harvesting structure is the simplest among them and has relatively mature technology, which has been researched for a long time, While broadband structure and frequency tunable structure have
become hot topics of research because they are more suitable for extemal environmental vibration condition Key words: vibration energy harvester; single resonant frequency; broadband type; frequency tunable type
0引言
振动在环境中普遮存在，例如：车辆电动机运转产生的振动、公路铁路桥梁的振动、由风激励转化而来的振动等。振动能量采集器就是将这些振动所产生的能量转换为电能，为各种电子设备供电。由于其具有体积小、寿命长、高能量密度、无污染等特点，被国内外研究者广泛研究。根据工作频带宽度不同，可将其分为单频式、宽频式和频率可调式等结构。
本文介绍了三种不同额带宽度振动能量采集器，并对它们的优缺点进行了比较。其中，宽频式和频率可调式由于更加符合外界环境振动条件，成为研究热点。
单诺振频率振动能量收集结构 1
研究表明，当振动能量收集器的固有频率与外界报动
额率相同，即发生谐振时，其能量转换效率最高。单谐振频率能量采集器固有频率单一，且工作频率范围较小。其结构简单、研究较早、技术比较成熟。根据换能原理不同，振
动能量采集器又可分为压电式、电磁式和静电式。 1.1单谐振频率压电式振动能量收集结构
压电式结构的工作原理是利用压电材料的正压电效应将机板能转换为电能。当受到某固定方向外力作用时，压电材料会产生形变，内部产生电极化现象，同时在两个表面上产生等量异号的束缚电荷，由此将机械振动能转换为电能。在目前研究的单频压电式结构中，单悬臂染梁结构由于结构最为简单，而得到了广泛的研究，并且发展最为成熟。通常，单悬臂梁结构的固有频率比较高，而外界环境振动源的频率比较低，因此，在悬臂梁的末端增加一金属质量块以
收稿日期：2015-09-10
·基金项目：江苏省自然科学基金资助项目（BK20131380）；南京邮电大学大学生创新训练计划资助项目（XYB2015519，XZD2015025）；江苏省射频集成与微组装工程实验室项目