[发明专利]一种压电混合电磁能量收集器测试装置及其测试方法

说明书

本发明公开了一种压电混合电磁能量收集器测试装置，包括风洞，风洞的顶部横亘有横梁，横梁通过连接杆连接有悬臂梁，悬臂梁位于风洞中，悬臂梁上粘贴有压电纤维片，压电纤维片电接有外载电阻，悬臂梁远离连接杆的一端固接有端部质量块，端部质量块的两侧均吸附有圆柱磁铁，两个圆柱磁铁相对，靠近圆柱磁铁设置有加持架，加持架靠近圆柱磁铁的一端加持有线圈，线圈电接外载电阻，本发明一种压电混合电磁能量收集器测试装置的测试方法，解决了现有技术中存在的采集器振动不稳定的问题。

技术领域

本发明属于压电混合电磁能量收集器测试技术领域，涉及一种压电混合电磁能量收集器测试装置，还涉及上述一种压电混合电磁能量收集器测试装置的测试方法。

背景技术

近年来，振动能量采集领域的研究受到国内外学者的广泛关注。压电混合电磁能量收集器是一种能够将大自然中广泛存在的，目前无法直接利用的风能转换为电能的装置，能够对诸如MEMS、传感器件等微电子设备提供电能，具有广泛的应用前景。压电混合电磁能量收集器一般采用悬臂梁结构，利用压电材料的正压电效应和电磁感应，能有效地将环境中的振动能转化为较高能量密度形式的电能。

以往压电能能量收集器方面的研究主要集中在压电能方面，而将压电效应和电磁感应混合起来的能量收集器的研究相对较少，把单方面压电能能量收集器的应用扩大到压电混合电磁能量收集器将会产生非常多的应用形式，研究潜力巨大，应用前景也十分可观。目前的压电能能量采集器大多是简单的将风直接冲击到与悬臂梁相连的端部质量块上，使悬臂梁产生变形带动压电材料的变形从而产生电能，这种形式的采集器振动不稳定，采集的电能频率和幅值都不稳定，对于其所供电的传感器有损害，影响其使用寿命。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种压电混合电磁能量收集器测试装置，解决了现有技术中存在的采集器振动不稳定的问题。

本发明的第二目的是提供一种压电混合电磁能量收集器测试装置的测试方法。

本发明所采用的技术方案是，一种压电混合电磁能量收集器测试装置，包括风洞，风洞的顶部横亘有横梁，横梁通过连接杆连接有悬臂梁，悬臂梁位于风洞中，悬臂梁上粘贴有压电纤维片，压电纤维片电接有外载电阻，悬臂梁远离连接杆的一端固接有端部质量块，端部质量块的两侧均吸附有圆柱磁铁，两个圆柱磁铁相对，靠近圆柱磁铁设置有加持架，加持架靠近圆柱磁铁的一端加持有线圈，线圈电接外载电阻。

本发明的特点还在于：

端部质量块采用树脂D打印的质量块，端部质量块两侧面的重心处均开有开孔，两个开孔之间的距离为3mm。

风洞高度大于3倍的端部质量块的高度。

连接杆的一端贯穿横梁后通过顶丝与横梁固定连接，连接杆的另一端固接悬臂梁。

线圈为漆包铜线线圈。

一种压电混合电磁能量收集器测试装置的测试方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将端部质量块迎风面正对风的来流方向；

步骤2、调节风洞风速至起振风速，在外载电阻R为零的情况下，分别测量外载电阻两端的开路电压，记录电压信号；

步骤3、逐步增加外载电阻R，每ΔR为一个增加量，分别测量外载电阻两端的电压，并记录电压信号，记录的电压信号作为分析压电混合电磁能量收集器能量变化的数据；

步骤4、保持风速不变，改变圆柱磁铁和线圈之间的距离L，以每ΔL为一个增加量，重复步骤，直到所有需要测量的间距都测试后，进入下一步；

步骤5、逐步增加风速V，以ΔV为一个增加量改变风速，重复步骤和步骤，直到达到最大风速。

步骤6、更换不同端部质量块，使得质量块迎风面正对来流方向，重复步骤、步骤、步骤。