设计了一种安装在鞋上的压电俘能器(PEH),用于收集人体行走时产生的能量.该俘能器由4根压电悬臂梁和1个弹簧-质量系统组成.弹簧-质量系统能够感知沿径骨轴的加速度激励,并通过磁耦合驱动压电梁振动从而发电.文中通过拟合实验数据获得加速度信号表达式;然后,建立仿真模型,对俘能器的发电性能进行了仿真分析.最后,加工了实验样机,并实验测试了俘能器的发电性能.结果表明,当受到沿胫骨方向的激励时,压电梁在一个步态周期内可被弹簧-质量系统激励多次从而产生多个峰值电压;受到沿胫骨和脚面两个方向激励时,压电梁的发电性能比只受到单一方向激励时好.当步行速度为2~8 km/h时,每根压电梁的峰值电压可达到10 V.该俘能器能够从人体行走的超低频运动中收集能量,并能够同时收集两个方向的加速度能量,提高了压电梁的发电性能.
压电俘能器 压电效应 人体步态 能量收集 升频 双稳态结构