强激光与粒子束
2024, 36(4): 043007
南京邮电大学 集成电路科学与工程学院， 南京 210023
为了降低谐振频率，实现多方向收集和提高输出性能，提出了一种4π圆弧螺旋压电能量收集器。通过分析器件尺寸与输出性能之间的关系来提高器件性能，将优化后的模型进行COMSOL仿真，分析振动位移、应力以及谐振频率。相对于2π圆弧螺旋压电能量收集器，4π圆弧螺旋压电能量收集器具有更低的谐振频率和更高的输出电压。4π圆弧螺旋压电能量收集器的谐振频率为48 Hz，输出电压达到12.3 V，输出功率达到400 μW。
4π圆弧螺旋 压电能量收集器 输出电压 谐振频率 4π circular arc spiral piezoelectric energy harvester output voltage resonant frequency
该文研究了1-3-2压电复合材料的厚度振动谐振频率与尺寸的关系。应用压电学和弹性动力学理论建立了机电等效图, 对1-3-2压电复合材料的厚度振动模态进行了机电理论分析, 并对其谐振频率进行了计算。利用有限元仿真软件分析了在厚度振动模态下, 1-3-2压电复合材料谐振频率、反谐振频率与尺寸变化的关系。结果表明, 纵向尺寸比变大时, 频率曲线呈下降趋势; 横向尺寸比变大时, 频率曲线呈上升趋势; 横纵尺寸比变大时, 频率曲线呈缓慢下降趋势; 基底厚度变大时, 频率曲线呈先减小后增大趋势。4种情况中, 纵向尺寸比对于整体的谐振和反谐振频率影响最显著。
1-3-2压电复合材料 厚度振动 机电等效图 有限元仿真 谐振频率 1-3-2 piezoelectric composites thickness vibration electromechanical equivalent diagram finite element simulation resonant frequency
1 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院 上海 201620
2 上海工程技术大学 工程实训中心, 上海 201620
针对传统线性压电悬臂梁能量采集器共振频率高、偏离共振频率时输出电压快速下降的问题, 该文设计了一种悬臂梁基板上带异形孔的新型双稳态能量采集器。建立该能量采集器的理论模型, 并制作了实验样机, 研究了该能量采集器在外界不同正弦激振频率下, 磁间距对其输出电压和工作频带的影响。结果表明, 随着磁极对间距减小, 带异形孔结构的双稳态能量采集器的双稳态效应先增强再减弱, 由此确定最佳磁极对间距为12 mm, 谐振频率为18 Hz, 最大输出均方根电压达到12.01 V, 采集器有效工作频率为15.5~22.5 Hz, 工作带宽达到7 Hz, 带异形孔的双稳态能量采集器具有更宽的采集频带, 在低频振动环境下具有更高的输出电压响应。
非线性磁力 双稳态 共振频率 压电能量采集器 异形孔 nonlinear magnetic bistable resonant frequency piezoelectric energy harvester shaped hole
南京邮电大学 电子与光学工程学院, 南京 210023
提出了一种2π弧度的直角螺旋悬臂梁结构的压电能量收集器。该设计一方面可以降低谐振频率,另一方面可以提高单位体积的能量收集效率。悬臂梁整体结构厚度为2 mm,宽度为6 mm,整体尺寸大小为22 mm×26 mm。当施加的激励为0.1g加速度时,仿真输出电压为1.95 V,测量输出电压为1.8 V,相对电压误差为7.7%;仿真谐振频率为269 Hz,测量谐振频率为265 Hz,相对频率误差为1.5%;理论输出功率为7.04 μW,测试输出功率最大为5.79 μW,相对功率误差为17.8%。该压电能量收集器适用于便携式微电子系统。
直角螺旋 悬臂梁 压电能量收集器 谐振频率 right angle spiral cantilever piezoelectric energy harvester resonant frequency
南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210023
传统矩形悬臂梁上的应力呈非均匀分布,在梁固定端存在一个应力集中区,且沿轴向方向衰减,从而影响压电层的极化效果。同时,矩形悬臂梁结构能量收集器的谐振频率较高。为解决这一问题,文章提出了一种“倒”梯形结构的能量收集器结构。该梯形结构可以有效扩展极化区域,从而捕获到更低频的振动能量。实验发现,在1g振动加速度下,该能量收集器在124 Hz下输出电压为404 mV,输出功率达到41.3 μW。
压电悬臂梁 能量收集器 梯形结构 谐振频率 piezoelectric cantilever energy harvester trapezoidal frame resonant frequency
光学 精密工程
2022, 30(22): 2876
1 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
报道了一台基于掺氧化镁周期极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体的1560 nm激光外腔谐振倍频器。理论分析了MgO∶PPLN晶体的极化周期容差、吸收损耗以及热透镜效应导致的倍频腔模式匹配效率变化对外腔谐振倍频效率的影响，实验搭建了由国产的MgO∶PPLN晶体和反射腔镜构成的外腔谐振倍频腔，实验研究了不同长度的MgO∶PPLN晶体对外腔谐振倍频效率的影响，并设计出小型化外腔谐振倍频器。利用长度为10 mm的MgO∶PPLN倍频晶体，控制MgO∶PPLN晶体的温度为53.45 ℃，注入功率为1.7 W的1560 nm基频光，此时最佳谐振倍频效率达84.1%，倍频激光在3 h内的输出功率稳定性优于±0.17%。所研制的小型化稳定输出780 nm激光的外腔谐振倍频器可用于1560 nm非经典光场的制备和基于铷原子的量子存储研究。
激光器 外腔谐振倍频 准相位匹配晶体 高效率 小型化 中国激光
2022, 49(17): 1701001
1 中国科学院声学研究所, 北京 100190
2 北京新兴东方航空装备股份有限公司, 北京 100195
悬臂梁水听器可在谐振频段接收低频水声信号, 相比传统水听器, 其不仅能提升灵敏度, 还可获得更优越的探测性能, 在海洋工程领域具有广阔的应用前景。该文基于声学超材料设计了一种新的悬臂梁水听器, 研究了声学超材料的负等效原理及材料参数对谐振频率的影响, 获得了降低悬臂梁水听器谐振频率的方法。在此基础上分析了单纯铜梁、三层铜-橡胶梁、五层铜-橡胶梁的一阶固有频率, 并结合实际使用需求选用三层复合结构完成超材料悬臂梁水听器的设计。仿真分析结果表明, 在相同尺寸情况下, 该文设计的水听器比传统悬臂梁水听器具有更低的谐振频率。
声学超材料 悬臂梁 水听器 谐振频率 acoustic metamaterials cantilever beam hydrophone resonant frequency
