圆弧螺旋型压电能量收集器的有限元模型研究

为了分析圆弧螺旋型压电能量收集器的振动特性和输出特性,本文提出了一种有限元模型,可以在简化模型的同时改善结果的精度.对近似前后的圆弧型压电能量收集器进行了建模、仿真和测试,得到了圆弧螺旋型能量收集器的谐振频率、输出电压与输出功率.将圆弧型悬臂梁进行有限元分割成 6～16 个矩形结构悬臂梁,并对不同程度的有限元近似下圆弧螺旋能量收集器的谐振频率与输出性能进行分析,结果表明在有限元个数大于等于 10 时,谐振频率与输出性能相对误差较小.加工制备了 2π圆弧螺旋型压电振动能量收集并进行了性能测试.测试结果表明螺旋能量收集器谐振频率为 158 Hz,采取 10 边型有限元模型的理论谐振频率为 153 Hz,相对误差为 3.5%;最大输出功率的测试结果为 53.5 μW,最大输出功率的理论结果为55.2 μW,相对误差为 3.18%,理论结果与测试结果较为符合.