طراحی و تحلیل یک میکروژنراتور پیزوالکتریک با قابلیت تنظیم پذیری فرکانس طبیعی برای کاربرد در شبکه سنسورهای بی‌سیم

در این مقاله یک میکروژنراتور با استفاده از تیر دوسر­گیردار همراه با بارگذاری در وسط تیر برای تولید انرژی الکتریکی مورد مطالعه قرار گرفته است. تیر از لایه­های مختلفی از سیلیکون، پیزو­الکتریک، عایق­ها و الکترودها بر اساس تکنولوژی میکروماشین تشکیل شده است که توسط نیروی خارجی اعمال شده به قاب ثابت آن نوسان می­کند. طراحی ساختار بگونه­ای بوده که با بیشترین استفاده از فضای موجود، یک تولید کننده انرژی پیزوالکتریک با ابعاد  cm2 0.25 با قابلیت کنترل فرکانس طبیعی آن حاصل شده است. علاوه بر لایه پیزوالکتریک مولد، یک لایه دیگر پیزوالکتریک جهت تحریک سیستم نیز در دو طرف تیر لایه نشانی شده است که امکان جابجایی فرکانس طبیعی را تا کمتر از  Hz10 برای سیستم فراهم می­کند. تحلیل تئوری بروش معادلات دیفرانسیل جزئی برای تیر دو­سر­گیردار چندلایه انجام شده است که شبیه­سازی انجام شده نیز نتایج تئوری را تایید می­کند. در میکروژنراتور طراحی شده، فرکانس طبیعی سیستم در حالت بدون تحریک  Hz127 بوده که در شتاب g 1، ولتاژ  3.35v ±تولید نموده و توان الکتریکی  µW45 از آن قابل دریافت می­باشد که برای کاربردهای شبکه حسگرهای بی­سیم و زیست حسگرها مناسب می­باشد.

کلیدواژه ها:

ذخیره کننده انرژی پیزوالکتریک ، تیر دو‌سرگیردار ، شبکه حسگرهای بی‌سیم ، زیست حسگرها