浙江师范大学 精密机械与智能结构研究所，浙江金华321004
针对现有风致振压电俘能器工作风速范围窄、高风速下振幅过大等问题，提出一种可变形式翼型钝体的风致振压电俘能器，主要由可变形式翼型钝体、悬臂梁以及压电组合梁构成，钝体的弹性翼受风力影响产生形变，从而实现系统振动特性的自我调节，以期提高俘能器的环境适应性。建立了俘能器的COMSOL有限元模型，通过仿真与试验分析了风速对其钝体形状及振动特性的影响，并获得了迎风角和弹性翼厚对俘能器输出性能的影响规律。结果表明：选取迎风角120°和弹性翼厚0.15 mm时俘能器的工作风速范围达到21 m/s，且当风速小于8 m/s时，弹性翼变形较小，系统以驰振为主，输出电压随风速增加而增大；当风速在8~17 m/s时，弹性翼形变量进一步增大，系统由驰振逐渐向涡振转变，输出电压变化较小；当风速在17~25 m/s时，钝体因弹性翼变形过大呈弯弧状，系统以涡振为主，其振幅被有效控制，输出电压随风速增加而减小；存在匹配电阻为250 kΩ时俘能器所产生的最大输出功率为3.78 mW。因此，该风致振压电俘能器在满足结构可靠、起振风速低及风速范围宽条件下同时可输出较大的电能。
压电俘能器 风致振动 可变形钝体 驰振 涡激振动 piezoelectric energy harvester wind-induced vibration deformable blunt body galloping vortex-induced vibration 光学 精密工程
2023, 31(24): 3570
浙江师范大学 精密机械与智能结构研究所,浙江 金华 321004
为提高环境监测自供电系统的可靠性及风速适应性, 提出一种间接激励式压电风力俘能器, 通过圆柱型壳体与风场耦合作用产生的涡激振动间接激励壳体内的压电梁振动发电, 具有可靠性高、动态特性调节范围宽等优点。介绍了其结构及原理, 并进行了理论和试验研究。结果表明：壳体质量、压电梁质量对风力俘能器输出性能都有较大影响; 当俘能器总质量确定时, 试验范围内通过增加压电梁质量, 减小壳体质量可以有效提高压电俘能器的输出性能; 此外, 不同风速下存在最佳负载使输出功率最大, 且本文试验范围内输出功率及最佳负载均随风速增加而增大, 风速为28 m/s、电阻600 kΩ时所获得的最大输出功率为0.4 mW。因此, 应根据实际风速范围确定合理的压电梁质量/壳体质量以提高俘能器输出能力。
间接激励 压电发电 风力俘能器 indirect excited piezoelectric power generation wind energy harvester
浙江师范大学 精密机械与智能结构研究所, 浙江 金华 321004
为提高旋转式压电发电机的安全性与有效带宽, 提出一种可调频旋磁激励式压电发电机, 并从理论、仿真与试验三个方面对发电机的工作特性进行了研究。建立了压电梁在端部外载荷作用下的刚度/频率偏移模型, 并通过仿真获得了刚度、动磁铁数量对发电机响应特性的影响规律。结果表明, 压电梁刚度随端部拉/压力的增大而线性增大/减小, 固有频率相应地提高且趋于平缓/降低且速率增大, 而动磁铁数量将影响发电机的谐振峰数量与放大比。在此基础上进行了相关试验, 试验表明, 压电梁受拉伸/压缩都将提高发电机的固有频率并降低输出电压幅值, 且受压时减幅更大; 此外, 动磁铁数量除仿真中影响因素外对发电机的固有频率也具有一定影响; 通过改变动磁铁数量与调节量, 实现了发电机固有频率在39.2~112 Hz内的调整, 最大频率偏移为185.7%。
压电俘能 旋磁激励 能量回收 变刚度 调频 piezoelectric power harvest rotating excitation energy harvester stiffness adjustment frequency adjustment
浙江师范大学 精密机械研究所, 浙江 金华 321004
为了提高压电驱动芯片水冷系统的适用性、可维护性以及冷却效率, 本文提出一种组合式压电驱动芯片水冷系统。首先, 测试和分析了芯片水冷系统中组合式泵单元在220 Vpp方波驱动下不同组合方式(串/并联)、泵工作数量以及相对位置时的输出性能, 接着, 基于组合式泵单元的试验结果进行芯片水冷系统的水冷效果研究。实验结果表明: 串联组合双泵工作时, 双泵位于串联组合首尾位置(AD)时性能较优, 在30 Hz时获得最大输出压力(25 kPa); 串联组合四泵工作时, 分别在35 Hz和55 Hz获得了最大压力(23.5 kPa)和最大流量(13.5 mL/min); 并联组合双泵工作时, 双泵都位于组合首位(AC)时性能较差; 并联组合四泵工作时, 分别在50 Hz和60 Hz获得最大输出流量(22 mL/min)和最大输出压力(12.6 kPa); 通过串并联以及泵工作数量的切换获得了芯片水冷系统的冷却效果, 不同的组合方式以及泵工作数量可以获得不同的冷却效果。获得了组合式压电驱动芯片水冷系统的驱动参数, 为计算机芯片有效散热提供一条新途径。
压电泵 水冷系统 计算机芯片 piezoelectric pump water cooling system computer chip
浙江师范大学 精密机械研究所, 浙江 金华 321004
随着微纳器件应用领域的日益拓展, 微能源技术受到国内外研究人员的高度关注和重视, 其中利用涡激振动进行流体能量收集是主要的研究热点。本文首先介绍了基于涡激振动的流体能量收集原理, 归纳了涡激振动式微流体俘能器的典型结构、原理、特性和应用情况。其次, 总结了国内外基于尾涡致动和钝体致振这两种主要涡激振动流体俘能技术的发展概况与研究进展, 并简述了涡激振动压电式俘能器流固耦合数学模型的研究现状。最后, 指出涡激振动能量收集尚缺乏统一的数学模型以及现有的俘能器存在结构可靠性低、稳定性较差等问题。在此基础上, 分析了利用涡激振动实现流体能量收集接下来的发展趋势, 以期推动涡激振动式微流体俘能器的进一步发展与应用。
流体能 涡激振动 俘能器 压电 Fluid energy vortex-induced vibration energy harvester piezoelectricity
武汉军械士官学校 光电技术研究所, 湖北 武汉 430075
由于激光烧蚀靶材形成的等离子体羽辉呈高斯分布, 导致沉积的大面积薄膜尤其是球面衬底上的薄膜极不均匀, 严重限制了脉冲激光沉积法的应用。设计构建了旋转与变速摆动相结合的三维衬底机构, 实现对半球面不同区域的连续沉积, 保证了膜层的均匀性; 建立膜厚分布的数学模型, 模拟分析了运动参数对膜厚分布的影响; 首次利用脉冲激光沉积技术制备出口径200 mm大尺寸半球面衬底上的均匀类金刚石膜, 顶角80°范围内膜厚不均匀性≤±5%。脉冲激光沉积法在大口径半球面衬底上制备均匀类金刚石膜在空间观测等领域均具有巨大的应用前景。
均匀膜层 脉冲激光沉积 类金刚石膜 大口径半球面衬底 uniform film PLD DLC film hemispherical substrate with large caliber 红外与激光工程
2016, 45(6): 0621004
浙江师范大学 精密机械研究所, 浙江 金华 321004
提出一种由压电梁及其端部附加质量构成的直激式压电风能捕获器。在考虑了压电振子静平衡变形的基础上, 根据涡激振动理论建立了柔性压电振子的自激振动理论模型并进行了仿真分析, 获得了压电梁厚度比、附加质量及风速对其发电性能的影响规律。结果表明, 存在最佳的压电梁厚度比使输出电压、电能及功率最大, 电压/电能/功率所对应的最佳厚度比分别为0.5/0.65/0.65。其它参数确定时, 存在最佳风速/附加质量使输出电压最大, 且最佳风速随附加质量增加而降低、最佳质量随风速增加而降低。制作了风能捕获器样机并进行了试验测试, 风速为4.8/7.2/10 m/s时, 对应的最佳附加质量及最大电压分别为15/11/7 g和1.9/3.94/6.18 V; 风速为10 m/s时, 10 g附加质量下的输出电压为0/20 g 附加质量下的4.1/1.2倍。结果证明根据实际风速范围确定合理的附加质量可提高发电能力。
压电风能捕获器 直激式风能捕获器 风速 发电性能 piezoelectric wind energy harvester blowing-type wind energy harvester wind speed electrical energy generation
武汉军械士官学校光电技术研究所, 湖北 武汉 430075
脉冲激光沉积技术是制备先进光学薄膜与纳米光学器件的重要手段和前沿领域，是国际研究的热点。介绍了脉冲激光沉积技术原理与特点、制备功能薄膜的研究现状和发展动向，着重阐述了双激光沉积制备功能薄膜的研究现状与未来发展；同时基于更高的需求，针对脉冲激光沉积技术的特点，设计构建了结合动能粒子磁过滤技术的激光沉积系统，提出了融合原子层沉积技术的发展思想，为提高激光沉积功能薄膜性能提供了硬件支撑和技术指导。
激光技术 脉冲激光沉积 功能薄膜 超短脉冲激光 双激光 磁过滤技术 激光与光电子学进展
2015, 52(12): 120003
开展了连续激光二极管抽运声光调Q高重复频率人眼安全内腔式KTP光参量振荡器(KTP-OPO)的实验研究，研究了在相同二极管抽运功率下，基频光和信号光输出功率和脉冲宽度随调制频率的变化关系，获得了平均功率为1.6 W，脉冲宽度为6~10 ns，M2因子为5，重复频率为5~20 kHz的人眼安全激光输出，光光转换效率为5.3%。
激光器 光参量振荡器 人眼安全 高重复频率 光学学报
2015, 35(s2): s214009
