Page 53 - 《振动工程学报》2026年第3期

第 3 期 张海彬，等： 可编程 3D 打印的非对称双稳态压电振动能量采集器性能研究 653

图 16 三种压电振动能量采集器输出电压响应的仿真与试验结果对比
Fig. 16 Comparison of simulation and experiment results of output voltage response of three kinds of piezoelectric vibration
energy harvesters

图 17 三种压电振动能量采集器输出功率响应的仿真与试验结果对比
Fig. 17 Comparison of simulation and experiment results of output power response of three kinds of piezoelectric vibration
energy harvesters

图 18 三种压电振动能量采集器跳转特性的仿真与试验结果对比
Fig. 18 Comparison of simulation and experiment results of jump characteristics of three kinds of piezoelectric vibration
energy harvesters

为了进一步检验三种轨道结构压电发电的动态 最大输出电压也增大到 10.57 V。但是，当非对称坐
响应特性，图 19 为激励加速度 A = 2 m/s 、激励频 标间距过大时，如图 19（c）所示，由于非线性力和势
2
率 f = 5 Hz 时，三种轨道结构压电振动能量采集器 能阱间的势垒的增大，在上述激励条件下，Ⅲ⁃型轨
的相图和电压波形图。由图 19（a）可知，Ⅰ⁃型轨道
道结构压电振动能量采集器由于没有足够的外部能
结构压电振动能量采集器在上述激励条件下做大幅
量激发它进入阱间运动，只能在某个阱内做小幅值
值的双稳态阱间运动，压电悬臂梁末端最大振动位
的单稳态运动，压电悬臂梁末端最大振动位移和速
移和速度分别为 0.0183 m 和 0.443 m/s，最大输出电
度分别急剧减小至 0.01 m 和 0.12 m/s，最大输出电
压为 9.26 V。随着非对称坐标间距的增大，如图 19
（b）所示，Ⅱ⁃型轨道结构压电振动能量采集器也做 压也只有 0.79 V。上述试验结果进一步验证了非对
大幅值的双稳态阱间运动，但压电悬臂梁末端最大 称平衡点坐标间的间距相对小的压电振动能量采集
振动位移和速度分别增大到 0.024 m 和 0.562 m/s， 器更适用于低频、低水平激励的振动能量采集。