電荷抵消效應對兩段式壓電片懸臂樑的能量擷取影響

Abstract

本論文研究旨在探討電荷抵銷效應對高模態時壓電能量擷取的影響。首先，懸臂樑受到振動產生應變，高模態會改變彎曲應變的分佈，產生的反曲點稱之為應變節點，其發生於第二模態以上的高模態，第一模態不會產生應變節點。若將壓電層直接分佈於應變節點上，系統之等效力電耦合係數的值會變小，導致輸出功率降低。為了驗證電荷抵銷效應，使用不同長度比例之兩段式壓電片懸臂樑的模型，進行研究。理論推導使用懸臂樑之分佈參數法，模擬驗證使用有限元素模擬軟體COMSOL Multiphysics。為避免電荷抵銷，將兩段式壓電片懸臂樑搭配電路正接與反接，實驗結果與預期結果相符，在第一模態時，電路反接的輸出功率趨近於0，而在第二模態，若兩段式壓電片分佈比例接近應變節點的位置，或是與應變節點相符時，電路反接的輸出功率會明顯增加，反之，若兩段式壓電片的分佈比例偏離應變節點，則電路反接提升輸出功率的效果會下降。