Page 54 - 《振动工程学报》2026年第3期

654 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

果可知，相同激励频率下，随着非对称平衡点坐标间
距的增大，电容充电电压不断增大，Ⅰ⁃型轨道、Ⅱ⁃
型轨道和Ⅲ⁃型轨道结构压电振动能量采集器在激
励频率为 5 Hz 时的充电电压分别为 2、3 和 3.5 V。
另外，随着激励频率的增大，电容的充电电压增加明

显，在 7 Hz 激励作用下，三种轨道结构压电振动能
量 采 集 器 的 电 容 充 电 电 压 分 别 提 高 到 4.8、6.5 和
7.5 V，这 完 全 可 以 满 足 低 功 率 电 子 器 件 的 供 电
需求。

图 19 三种轨道结构压电振动能量采集器的相图和电压
波形图
Fig. 19 Phase diagrams and voltage waveform diagrams
of three kinds of raceway structures piezoelectric
vibration energy harvesters

4 应用实例验证

为了实现研制的可编程势能阱轨道结构压电振

动能量采集器为低功耗电子元器件（等效为负载电
阻 R l ）供电这一目标，本节首先对压电振动能量采集
器的电容充电特性进行了试验研究，图 20（a）为压
电振动能量采集器的充电特性试验测试图。由于低
功耗电子元器件通常需要直流电源供电，而压电振
动能量采集器的输出电压为交流形式，因此需要在
两者之间设置 AC/DC 接口电路（如图 20（b）所示），
实现交流电压到直流电压的转换。为了简便，本文
AC/DC 接口电路选用标准的全波整流电路和滤波
存储电容（如图 20（c）所示），将压电振动能量采集
器产生的交流输出电压转换为直流电压。图 20（d）
图 20 压电振动能量采集器充电试验原理及其电容充电
展 示 了 三 种 轨 道 结 构 压 电 振 动 能 量 采 集 器 经 过
试验结果
AC/DC 接口电路对单个 10 μF 电容的充电试验结
Fig. 20 Charging experimental principle of piezoelectric
果 ，其 中 激 励 加 速 度 A = 5 m/s ，激 励 频 率 分 别 为 vibration energy harvesters and its capacitor charging
2
f=5，7 Hz。由图 20（d）所示的电容充电特性试验结 experimental results