Page 80 - 《振动工程学报》2025年第8期
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1720 振 动 工 程 学 报 第 38 卷
境振动频率已远远超出柔性采集器的工作频带范 带向高频区域平移，系统做大幅阱间运动所需的激
围，这也进一步说明所提柔性采集器具有较低的工 励加速度幅值增大，不利于采集器在低频低激励环
作频带。 境下能量采集，所以应选择较低刚度的辅助柔性梁。
为了进一步验证柔性采集器在低激励下的优越 （3） 激励加速度幅值为 7 m/s 时，柔性采集器
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性，图 15 试验得出了两个采集器在不同激励加速度 比 经 典 采 集 器 频 带 宽 2.3 Hz；激 励 加 速 度 幅 值 为
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频率下的激励加速度幅值‑电压响应曲线。如图 15（a） 12 m/s 时 ，柔 性 采 集 器 比 经 典 采 集 器 频 带 宽
所示，当激励加速度频率 f=5 Hz 时，随着激励加速 4.9 Hz。柔性采集器有效工作频带明显优于经典采
度幅值的增大，柔性采集器在 A=7 m/s 时突破势 集器。
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垒发生跳变，从小幅的阱内运动跳转到大幅的阱间 （4） 激励加速度频率为 5 Hz 时，柔性采集器和
运动，而经典采集器在 A=18 m/s 时发生跳变进入 经典采集器发生跳变所需的激励加速度幅值分别为
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大幅阱间运动，输出较高电压；如图 15（b）所示，当 7 和 18 m/s ；激励加速度频率为 7 Hz 时，柔性采集
激励加速度频率 f=7 Hz 时，随着激励加速度幅值的 器和经典采集器发生跳变所需的激励加速度幅值分
增大，柔性采集器在 A=5 m/s 时突破势垒发生跳 别为 5 和 14 m/s 。柔性采集器从低能轨道跳转到
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变，从小幅的阱内运动跳转到大幅的阱间运动，而经 高能轨道所需加速度幅值低于经典采集器。
典采集器在 A=14 m/s 时发生跳变进入大幅阱间 综上，所提柔性压电能量采集器具有较宽的工
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运动。试验结果表明，引入柔性梁可以大大减小外 作频带和较低的跳变激励加速度，具有较好的环境
部激励幅值，能在较小的外部激励幅值下进行大幅 适应能力。下一步的研究工作是优化采集器结构和
阱间运动，输出较高电压。 数学模型，进一步降低采集的跳变激励加速度幅值，
提升其环境适应能力。
参考文献:
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量采集器，建立数学模型，并通过龙格‑库塔算法进 coupling of a piezoelectric cantilever for enhanced ener‑
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（1） 柔性采集器引入辅助柔性梁保持了系统三
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稳态的基本特性；柔性梁的微幅振动实时改变了磁
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铁之间的水平间距，致使势能阱的深度发生改变，达
TAN Jiangping， WANG Guangqing， JU Yang， et al.
到势能阱实时调节的功能。
Nonlinear dynamic characteristics and experimental vali‑
（2） 增大辅助柔性梁的刚度，系统势垒高度和 dation of a multi-stable piezoelectric vibration energy
势阱深度增大，采集器的有效工作带宽减小，工作频 harvester［J］. Journal of Vibration Engineering， 2021，
