一种多级分叉的密频压电梁能量俘获方法技术

本发明专利技术公开了一种多级分叉的密频压电梁能量俘获方法，其特征在于：由悬臂主梁和多级(二级、三级。)分叉梁构成。在粘贴压电片的悬臂主梁自由端垂直面内连接两段二级分叉梁，在二级分叉梁自由端垂直面内，再连接两段分叉的三级梁，该三级梁也具有一定的长度和分叉角度。以此类推，当具有三级以上的分叉梁结构时，可以形成一种多级分叉的密频压电梁能量俘获结构。随着密频压电梁结构中分叉梁级数的增加，密频压电梁结构中的模态频率个数也随之增加。调节密频压电梁结构中各级分叉梁的长度及分叉角度，可实现密频压电梁结构在某一频带内具有较多的模态频率个数及特征值亏损，进而实现压电片具有较宽的压电响应频带和较高的压电响应幅值的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种多级分叉的密频压电梁能量俘获方法
本专利技术涉及一种压电能量俘获方法，具体为一种多级分叉的密频压电梁能量俘获方法。
技术介绍
现阶段压电能量俘获结构是通过压电片在结构模态频率处的共振特性将结构的机械能转化为电能，实现振动能量俘获。常规的悬臂式压电能量俘获结构的工作频带较窄。选择在悬臂式压电能量俘获结构自由端添加质量块实现响应频率降频、利用非线性方法来拓宽能量俘获频带的效果，但其效果并不能满足未来实际工程应用中的更高要求。因此，如何从结构设计的角度来实现宿主结构在某一频带内具有多个模态频率，使压电片可以在较宽的频带内进行能量俘获，是未来压电能量俘获领域内需要研究的方向。为了提高振动能量俘获效率，本专利技术提出了一种多级分叉的密频压电梁能量俘获方法。
技术实现思路
本专利技术提出了一种多级分叉的密频压电梁能量俘获方法：由悬臂主梁和多级(二级、三级。。。)分叉梁构成。在粘贴压电片的悬臂主梁自由端垂直面内连接两段二级分叉梁，具有一定的长度和分叉角度；在二级分叉梁自由端垂直面内，再连接两段分叉的三级梁，该三级梁也具有一定的长度和分叉角度。以此类推，当具有三级以上的分叉梁结构时，可以形成一种多级分叉的密频压电梁能量俘获结构。随着密频压电梁结构中分叉梁级数的增加，密频压电梁结构中的模态频率个数也随之增加。由于结构模态频率耦合的特性，通过调节密频压电梁结构中分叉梁的长度和分叉角度，即可实现对密频压电梁结构模态频率的改变，当各级分叉梁改变至合适的长度及分叉角度时，即可使得密频压电梁结构在某一频带内具有较多的模态频率，实现在该频带内具有优越的密频特性。因此，当结构产生振动时，通过调节密频压电梁结构中各级分叉梁的长度和分叉角度，可使贴在密频压电梁结构上的压电片在某一频带内能够具有较宽的压电响应频带。且当调节各级分叉梁的长度和分叉角度使当密频压电梁结构特征值亏损，出现重频时，可实现压电片在该重频下具有较高的压电响应幅值。本专利技术的优点是：利用结构模态的耦合作用，通过增加密频压电梁结构分叉梁的级数，来增加结构的模态频率的数量。另外，通过调节结构中各级分叉梁的长度和分叉角度，实现密频压电梁结构的模态频率可调。在调节各级分叉梁的长度和分叉角度时，可使密频压电梁结构在某一频带内具有密集的模态频率，进而使得压电片在某一频带内能够具有较宽的压电响应频带。此外，调节各级分叉梁的长度和分叉角度，使密频压电梁结构特征值亏损，出现重频模态，可使密频压电梁结构在该重频下具有相对于未亏损前更高的响应幅值，进而使得压电片在该频率下具有更高的压电响应幅值，实现在该频率下具有更高的能量转化效率。本专利技术原理简单，效果明显，为未来压电能量俘获装置的结构设计提供了新的思路，在能量俘获领域良好应用前景。附图说明图1是本专利技术中一种三级分叉密频压电梁结构的整体示意图；图2是本专利技术中一种三级分叉密频压电梁结构的主视图；图3是本专利技术中一种三级分叉密频压电梁结构的左视图；图4是本专利技术中一种三级分叉密频压电梁结构的俯视图；图5是本专利技术中一种四级分叉密频压电梁结构的整体示意图；图6是本专利技术中一种四级分叉密频压电梁结构的主视图；图7是本专利技术中一种四级分叉密频压电梁结构的左视图；图8是本专利技术中一种四级分叉密频压电梁结构的俯视图；参照附图，本专利技术中的两种不同结构(本专利技术结构形式不限与此)如图1-8所示。其中包括夹持基础1、压电片2、悬臂主梁3、二级分叉梁4、二级梁分梁41、二级梁分梁42、三级分叉梁5、三级梁分梁51、三级梁分梁52、三级梁分梁53、三级梁分梁54、四级分叉梁6、四级梁分梁61、四级梁分梁62、四级梁分梁63、四级梁分梁64、四级梁分梁65、四级梁分梁66、四级梁分梁67、四级梁分梁68。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。如图1-4所示，以本专利技术中一种三级分叉密频压电梁结构为例，本专利技术是这样来工作和实施的，采用一种多级分叉的密频压电梁能量俘获方法，包括夹持基础1、压电片2、悬臂主梁3、二级分叉梁4、二级梁分梁41、二级梁分梁42、三级分叉梁5、三级梁分梁51、三级梁分梁52、三级梁分梁53、三级梁分梁54；其特征在于：悬臂主梁3自由端和二级分叉梁4在垂直面内连接为一体，二级分叉梁4由二级梁分梁41和二级梁分梁42组成，且二级梁分梁41和二级梁分梁42具有一定长度和分叉角度，三级分叉梁5由三级梁分梁51、三级梁分梁52、三级梁分梁53和三级梁分梁54组成，且三级梁分梁51、三级梁分梁52、三级梁分梁53和三级梁分梁54具有一定的分叉角度，其中三级梁分梁51和三级梁分梁52与二级梁分梁41固连，三级梁分梁53和三级梁分梁54与二级梁分梁42固连，压电片2粘贴在悬臂主梁3的上下表面，悬臂主梁3与夹持基础1固定，当所述夹持基础1受如图4中竖直方向上的机械振动时，悬臂主梁3、二级分叉梁4和三级分叉梁5产生相对夹持基础1的运动位移，将机械能转换为压电片2的应变能，由于压电效应，压电片2可以将应变能转化为电能，最终实现将结构的机械能转化为电能的效果，相对于只有悬臂主梁3的结构、在悬臂主梁3上连接二级分叉梁4和三级分叉梁5的三级分叉密频压电梁结构增加了因二级分叉梁4和三级分叉梁5耦合出的模态频率，因此在悬臂主梁3上连接二级分叉梁4和三级分叉梁5的三级分叉密频压电梁结构较只有悬臂主梁3时的结构具有更多的模态频率个数，因此，压电片2也具有更多的压电响应峰值个数，当二级分叉梁4和三级分叉梁5的长度和分叉角度改变时，就可实现在悬臂主梁3上连接二级分叉梁4和三级分叉梁5的三级分叉密频压电梁结构模态频率的改变，当调节二级分叉梁4和三级分叉梁5的长度和分叉角度使悬臂主梁3上连接二级分叉梁4和三级分叉梁5的三级分叉密频压电梁结构模态频率在某一频带上密集分布时，即可实现悬臂主梁3上连接二级分叉梁4和三级分叉梁5的三级分叉密频压电梁结构在该频带内具有优越的密频特性，使得压电片2在该频带内响应峰值个数增加，实现压电片2比在只有悬臂主梁3的结构上时具有更宽的压电响应频带，达到压电能量俘获响应频带拓宽的效果，当调节二级分叉梁4和三级分叉梁5的长度和分叉角度使悬臂主梁3上连接二级分叉梁4和三级分叉梁5的三级分叉密频压电梁结构特征值亏损，出现重频时，即可实现悬臂主梁3上连接二级分叉梁4和三级分叉梁5的三级分叉密频压电梁结构在该重频下具有相较于未亏损前更高的响应幅值，进而实现压电片2在该重频下具有更高的压电响应幅值，达到在重频下增强压电能量俘获效率的效果。同理，如图4-8所示，对于本专利技术中一种四级分叉密频压电梁结构，在对各级分叉梁的长度和分叉角度调节时，同样可以实现密频压电梁结构在某一频带内具有多个模态频率或实现重频。以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级分叉的密频压电梁能量俘获方法，其特征在于：由悬臂主梁和多级(二级、三级。。。)分叉梁构成。在粘贴压电片的悬臂主梁自由端垂直面内连接两段二级分叉梁，该分叉梁具有一定的长度和分叉角度；接着在二级分叉梁自由端垂直面内，再连接两段分叉的三级梁，该三级梁也具有一定的长度和分叉角度。以此类推，当具有三级以上的分叉梁结构时，可以形成一种多级分叉的密频压电梁能量俘获结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种多级分叉的密频压电梁能量俘获方法，其特征在于：由悬臂主梁和多级(二级、三级。。。)分叉梁构成。在粘贴压电片的悬臂主梁自由端垂直面内连接两段二级分叉梁，该分叉梁具有一定的长度和分叉角度；接着在二级分叉梁自由端垂直面内，再连接两段分叉的三级梁，该三级梁也具有一定的长度和分叉角度。以此类推，当具有三级以上的分叉梁结构时，可以形成一种多级分叉的密频压电梁能量俘获结构。


2.根据权利要求1所述的一种多级分叉的密频压电梁能量俘获方法，随着密频压电梁结构中分叉梁级数的增加，密频压电梁结构中的模态频率个数也随之增加...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇，杨智春，周生喜，徐江，陈兆林，李魁，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61