Page 48 - 《振动工程学报》2026年第3期

648 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

图 7 三种可编程轨道下压电振动能量采集器的输出电压
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在激励频率和激励加速度幅值平面内的投影结果 图 8 A = 2 m/s 时三种压电振动能量采集器的振动位移、
发电电压和输出功率随激励频率的变化
Fig. 7 Projection results of output voltage of the piezoelectric
Fig. 8 Variation of vibration displacement， generating
vibration energy harvester under three kinds of
voltage and output power under three kinds of
programmable raceway in the plane of excitation
frequency and excitation acceleration amplitude piezoelectric vibration energy harvesters with
excitation frequency when A = 2 m/s 2
集器的动态特性。图 8 为激励加速度幅值为 2 m/s 2
时，三种压电振动能量采集器的振动位移、发电电压 除了频带，加速度激励下的跳转特性也是衡量
和输出功率随激励频率的变化情况。从图 8（a）中可以 压电振动能量采集器的重要性能指标。图 9 为三种
看到，轨道Ⅰ⁃型压电振动能量采集器的大幅值双稳 轨道模型在激励频率为 5 Hz 时，压电振动能量采集
态阱间振动的频率范围为 0.2~5.8 Hz，轨道Ⅱ⁃型压 器的振动位移和发电电压随激励加速度幅值的变化
电振动能量采集器的频率范围为 3.5~5.5 Hz，而轨 情况。由图 9 可知，随着激励加速度幅值的逐渐增
道Ⅲ⁃型压电振动能量采集器只在有限个频率点处 大，轨道Ⅰ⁃型压电振动能量采集器在激励加速度为
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做阱间混沌运动，在大部分频率范围内做小幅值的 1.9 m/s 处产生突跳，从低轨道的阱内运动跳转进
单稳态阱内振动。同时，如图 8（b）所示，因为激励 入高轨道的阱间运动，此时压电振动能量采集器开
加速度较小，三种压电振动能量采集器的发电电压 始做大幅值的双稳态阱间振动，输出电压也急剧增
基本都小于 10 V。从图 8（c）中可以发现，三种压电 大。轨道Ⅱ⁃型压电振动能量采集器则在激励加速
振动能量采集器的最大输出功率分别为 83.6、115、 度为 2.1 m/s 时发生突跳进入高能轨道运动状态，
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127 μW。 而轨道Ⅲ⁃型压电振动能量采集器突跳时的激励加