張 坤，趙毫杰，馮 偉，武照云，常 永，劉宗堯，劉保國

(1.河南工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南鄭州 450001；2.河南省超硬磨料磨削裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州 450001)

0 引言

隨著微電子技術(shù)、無線通信技術(shù)以及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN)[1]被廣泛地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、智慧城市、設(shè)備在線監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域[2-10]。目前，WSN節(jié)點(diǎn)主要依靠化學(xué)電池供能來維持其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但是化學(xué)電池存在壽命有限、儲(chǔ)能少、需要定期更換或充電等問題，有可能導(dǎo)致WSN節(jié)點(diǎn)不能長期、持久穩(wěn)健工作，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)WSN網(wǎng)絡(luò)停止運(yùn)行。因此，為WSN提供持久、可靠的電能是WSN未來發(fā)展與應(yīng)用中亟待解決的一項(xiàng)技術(shù)難題。

近年來，能量采集技術(shù)[11-12]倍受關(guān)注，其能夠?qū)h(huán)境中的太陽能、風(fēng)能、熱能以及振動(dòng)能[13-16]轉(zhuǎn)化為電能。在這些能量源中，振動(dòng)能具有優(yōu)勢(shì)，其廣泛存在于環(huán)境中，如波浪起伏運(yùn)動(dòng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)[17-19]等，而且不受自然環(huán)境、地理位置等因素的影響，能持續(xù)提供能量。因此，振動(dòng)能量采集技術(shù)有望替代化學(xué)電池為無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供持久的電能。然而，環(huán)境中的振動(dòng)普遍具有低頻、隨機(jī)特征[20]，而絕大數(shù)振動(dòng)能量收集器諧振頻率較高，不能與環(huán)境振動(dòng)頻率相匹配，導(dǎo)致振動(dòng)能量采集器收集到的振動(dòng)能極為有限，難以為無線傳感節(jié)點(diǎn)提供的充足的電能。為此，高效地收集低頻環(huán)境振動(dòng)能成為能量采集領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

本文圍繞低頻振動(dòng)能量收集器，介紹了磁力調(diào)節(jié)法、結(jié)構(gòu)拓展法、非共振法等低頻振動(dòng)能量收集方法的實(shí)現(xiàn)方式，其次介紹了通過升頻法、非線性法、多模態(tài)法等方法實(shí)現(xiàn)低頻振動(dòng)能量收集器效率提升的研究現(xiàn)狀，分析了目前振動(dòng)能量收集器所面臨的問題，展望其未來發(fā)展趨勢(shì)，為低頻振動(dòng)收集器的研究提供參考。

1 低頻振動(dòng)能量收集器研究現(xiàn)狀

目前，針對(duì)環(huán)境振動(dòng)頻率較低的問題，國內(nèi)外研究人員主要采用磁力調(diào)節(jié)法、結(jié)構(gòu)拓展法和非共振法等方法來實(shí)現(xiàn)低頻振動(dòng)能量的收集。

1.1 磁力調(diào)節(jié)法

磁力調(diào)節(jié)法[21]利用非線性磁力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(或局部)剛度，降低器件的共振頻率，實(shí)現(xiàn)低頻振動(dòng)能量的收集。Wang等[22]提出一種收集人體低頻振動(dòng)能的磁彈簧式電磁振動(dòng)能量收集器，如圖1所示，采用中間磁鐵與固定磁鐵之間所形成磁彈簧代替機(jī)械彈簧，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)剛度的降低，使中間磁鐵的振動(dòng)響應(yīng)狀態(tài)與人體運(yùn)動(dòng)振動(dòng)情況相匹配，實(shí)現(xiàn)低頻振動(dòng)能量高效收集。

圖1 磁彈簧式電磁振動(dòng)能量收集器

Podder等[23]提出一種FR4梁基電磁式振動(dòng)能量收集器，如圖2所示，通過固定磁鐵和梁端部的磁鐵相互作用使系統(tǒng)剛度降低。在35 Hz、0.5g振動(dòng)激勵(lì)下，該裝置能夠產(chǎn)生22 μW的輸出功率。Zhang等[24]利用豎直抗磁穩(wěn)定懸浮系統(tǒng)構(gòu)建了一個(gè)低頻電磁式振動(dòng)能量收集器，如圖3所示，利用微弱抗磁力、磁力和重力的共同作用降低系統(tǒng)剛度，使該裝置能夠響應(yīng)頻率低于3 Hz的環(huán)境振動(dòng)能。

圖2 FR4梁基電磁式振動(dòng)能量收集器

圖3 抗磁懸浮式電磁振動(dòng)能量收集器

Lai等[25]提出一種用于收集低頻、低幅度振動(dòng)能的壓電式振動(dòng)能量收集器，如圖4所示，通過調(diào)節(jié)磁鐵的相對(duì)位置可以使系統(tǒng)擁有多個(gè)穩(wěn)定平衡點(diǎn)，在這些穩(wěn)定平衡點(diǎn)處的局部剛度通常較弱，從而使其能夠充分響應(yīng)低頻環(huán)境振動(dòng)。

圖4 磁力輔助式壓電振動(dòng)能量收集器

磁力調(diào)節(jié)法能夠靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)(或者局部)剛度，使系統(tǒng)共振頻率與低頻振動(dòng)相匹配，已成為低頻振動(dòng)能量收集的常用方法，但是器件體積較大，在與無線傳感系統(tǒng)集成方面具有一定難度，且由于有永磁體的存在而不適用于電磁環(huán)境。

1.2 結(jié)構(gòu)拓展法

結(jié)構(gòu)拓展法[26-27]通過對(duì)拾振部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)延展使振動(dòng)能量收集器工作頻率降低，改善能量收集器對(duì)低頻振動(dòng)能的收集效果。Liu等[28]將PVDF壓電梁進(jìn)行“回”形螺旋折轉(zhuǎn)，有效地延長懸臂梁長度，實(shí)現(xiàn)共振頻率的有效降低。該裝置能夠在0.2g、20 Hz振動(dòng)激勵(lì)下輸出能夠達(dá)到0.81 μW/cm3功率。雷軼鳴[29]采用折轉(zhuǎn)彈簧設(shè)計(jì)了2種不同類型的共振結(jié)構(gòu)用于構(gòu)建微型電磁式振動(dòng)能量收集器，如圖5所示，實(shí)驗(yàn)測(cè)得2種電磁振動(dòng)能量收集器在低于160 Hz振動(dòng)環(huán)境中表現(xiàn)出高效的采集性能。

圖5 折轉(zhuǎn)彈簧式電磁振動(dòng)能量收集器

Zhou等[30]將5個(gè)壓電梁依次垂直連接構(gòu)成一個(gè)鋸齒形壓電振動(dòng)能量收集器，在49.786、29.15、16.248、1.316 Hz等振動(dòng)激勵(lì)作用下產(chǎn)生良好的發(fā)電性能。Tao等[31]利用3個(gè)平行的硅質(zhì)螺旋梁、駐極體和電極構(gòu)建了一個(gè)微型的靜電式振動(dòng)能量收集器，如圖6所示，實(shí)驗(yàn)測(cè)得其在66 Hz、0.5g的振動(dòng)激勵(lì)下能夠產(chǎn)生0.34 μW的能量輸出。

圖6 硅質(zhì)螺旋梁靜電式振動(dòng)能量收集器

對(duì)于低頻振動(dòng)能量的收集，結(jié)構(gòu)拓展法簡(jiǎn)單有效，但該方法普遍會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)能量收集器體積增大，使能量收集器難以集成到無線傳感節(jié)點(diǎn)中，而如果采用MEMS技術(shù)對(duì)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行縮小則有可能導(dǎo)致其他衍生問題，如懸臂梁的疲勞壽命的縮短、尺度效應(yīng)。

1.3 非共振法

非共振法[32-33]是指振動(dòng)能量收集器的系統(tǒng)響應(yīng)與外界振動(dòng)激勵(lì)處于非共振狀態(tài)下所實(shí)現(xiàn)的低頻振動(dòng)能量收集方法。Luo等[34]提出一種高效率的超低頻慣性旋轉(zhuǎn)式振動(dòng)能量收集器，如圖7所示，利用扭力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為磁盤的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在此基礎(chǔ)上借助于電磁感應(yīng)原理將振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。該裝置在0.1 Hz的低頻振動(dòng)激勵(lì)下能夠產(chǎn)生6 mW的輸出功率。

圖7 超低頻慣性旋轉(zhuǎn)式振動(dòng)能量收集器

Fu等[35]提出一種利用圓柱磁鐵的滾動(dòng)、滑動(dòng)收集低頻環(huán)境振動(dòng)能的能量采集器，能夠在0.8 Hz、0.6 m/s2振動(dòng)激勵(lì)下產(chǎn)生60 μW的RMS輸出功率。Pillatsch等[36]提出一種具有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊的壓電式振動(dòng)能量收集器，如圖8所示，外界振動(dòng)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)或者擺動(dòng)，附在轉(zhuǎn)子上的磁鐵與附在壓電梁自由端的磁鐵相互作用使壓電梁產(chǎn)生形變，從而將振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。在20 Hz和20 m/s2振動(dòng)激勵(lì)下，該裝置將產(chǎn)生43 μW的峰值功率。

圖8 具有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊的壓電式振動(dòng)能量收集器

除了上述方法外，部分研究人員采用液體組建諧振結(jié)構(gòu)[37-38]，獲得了良好的低頻采集效果。Choi等[39]提出了一種基于液體的靜電式能量采集器，如圖9所示，導(dǎo)電液體在外界振動(dòng)激勵(lì)下發(fā)生振蕩使電極之間的電容改變，從而使振動(dòng)能轉(zhuǎn)化電能。Yang等[40]利用導(dǎo)電液滴和薄膜駐極體設(shè)計(jì)了一種可用于收集低頻振動(dòng)能的能量收集器，如圖10所示，通過導(dǎo)電液滴在駐極體薄膜上的滾動(dòng)能夠?qū)?dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。

圖9 導(dǎo)電液體式振動(dòng)能量采集器

圖10 駐極體式靜電振動(dòng)能量收集器

非共振法依賴于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程較復(fù)雜，但是該方法在低頻振動(dòng)收集方面具有明顯效果，特別適用于超低頻振動(dòng)環(huán)境中，已成為低頻振動(dòng)能量收集的研究熱點(diǎn)之一。

2 低頻振動(dòng)能量收集器效率提升方法

環(huán)境振動(dòng)具有低頻特性同時(shí)還具有隨機(jī)特性，這一特征意味著振動(dòng)能量收集器不能時(shí)刻處于共振狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致收集到的能量較少。為此，研究人員提出升頻法、非線性法、多模態(tài)法等頻帶拓寬方法來提升低頻振動(dòng)能量采集效率。

2.1 升頻法

升頻法[41-42]利用器件中的低頻振子來感應(yīng)低頻振動(dòng)，并利用沖擊或非接觸力激發(fā)高頻振子的振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)低頻振動(dòng)的高效采集。Lu等[43]提出一種MEMS靜電式振動(dòng)能量收集器，如圖11所示，利用微型鎢球響應(yīng)環(huán)境振動(dòng)、沖擊移動(dòng)電極使電極間電容改變，將環(huán)境振動(dòng)轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，其工作頻率可低至1 Hz。

圖11 內(nèi)含微型鎢球的靜電式振動(dòng)能量收集器

Halim等[44]提出了一種可用于收集人體運(yùn)動(dòng)(<5 Hz)能量的小型電磁振動(dòng)能量收集器，如圖12所示，利用非磁性金屬球沖擊堆疊磁鐵使磁鐵與感應(yīng)線圈產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，在俘獲人體低頻運(yùn)動(dòng)方面表現(xiàn)出突出性能。

圖12 低頻電磁式振動(dòng)能量收集器

Huang等[45]提出一種基于碰撞的微型壓電能量收集系統(tǒng)，通過在懸臂梁自由端配置鎳質(zhì)量塊來構(gòu)建低頻懸臂梁，并利低頻懸臂梁與高頻壓電懸臂梁的碰撞來獲得向上升頻的效果。Gu[46]提出了一種集柔性驅(qū)動(dòng)梁和剛性壓電梁于一體的振動(dòng)能量收集器，如圖13所示，利用柔性梁拾取低頻振動(dòng)并通過碰撞激發(fā)剛性梁的高頻振動(dòng)，從而將低頻振動(dòng)能轉(zhuǎn)化電能。實(shí)驗(yàn)測(cè)得在20.1 Hz的振動(dòng)頻率下，該器件平均功率達(dá)到1.53 mW。Fakeih等[47]提出一種具有升頻作用的壓電式振動(dòng)能量收集器，如圖14所示，通過低頻懸臂梁感應(yīng)環(huán)境中的低頻振動(dòng)，并利用軟磁和磁鐵之間的磁吸引力激發(fā)高頻壓電懸臂梁的振動(dòng)，從而將低頻振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。在12.2 Hz、1.0g的振動(dòng)激勵(lì)下，該裝置產(chǎn)生最大峰值電壓16.28 V。對(duì)比單壓電梁的能量收集器，發(fā)現(xiàn)該裝置輸出功率提高92.56%，工作帶寬增加到3 250%。

圖13 雙邊碰撞式壓電振動(dòng)能量收集器

圖14 非碰撞升頻式壓電振動(dòng)能量收集器

從能量采集效果上來看，升頻法在一定程度上實(shí)現(xiàn)了低頻振動(dòng)能的高效采集，但是部分研究中存在碰撞現(xiàn)象，碰撞現(xiàn)象的存在將給關(guān)鍵部件帶來疲勞失效的風(fēng)險(xiǎn)，影響器件的有效工作壽命。

2.2 非線性法

非線性法主要在振動(dòng)能量收集器中引入非線性因素(如磁力、非線性材料)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)剛度，使振動(dòng)系統(tǒng)具有1個(gè)、2個(gè)或多個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)[48-51]，進(jìn)而有效拓寬器件的工作頻帶。

Fan等[52]提出具有單穩(wěn)態(tài)特征的壓電式振動(dòng)能量收集器，如圖15所示，通過調(diào)整活動(dòng)磁鐵和固定磁鐵間的相互作用力來改變系統(tǒng)剛度，使振動(dòng)能量收集器能夠響應(yīng)小于30 Hz諧波激勵(lì)，而且當(dāng)磁鐵間距為15 mm時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)表現(xiàn)出弱彈簧特征，幅頻響應(yīng)曲線向左傾斜，進(jìn)而使器件能夠收集更低頻率的振動(dòng)能。

圖15 單穩(wěn)態(tài)壓電式振動(dòng)能量收集器

Palagummi等[53]提出了一個(gè)基于水平抗磁穩(wěn)定懸浮系統(tǒng)電磁振動(dòng)能量收集器，如圖16所示，通過調(diào)整固定磁鐵的排布使系統(tǒng)具有雙穩(wěn)態(tài)特征，使其能夠收集5.8～8 Hz的低頻振動(dòng)能。Wang等[54]提出一個(gè)集磁力非線性和機(jī)械分段線性特征于一體的壓電式振動(dòng)能量收集器，結(jié)構(gòu)與圖15類似，但其將限位塊替換為限位懸臂梁，磁鐵間的相互作用改變系統(tǒng)剛度，當(dāng)限位懸臂梁與壓電梁發(fā)生碰撞時(shí)，系統(tǒng)剛度再次變化，最終使該振動(dòng)能量收集器具有5個(gè)穩(wěn)定平衡狀態(tài)，有效地拓寬了系統(tǒng)工作帶寬。

圖16 雙穩(wěn)態(tài)電磁式振動(dòng)能量收集器

非線性法能夠有效地拓寬振動(dòng)能量收集器的工作帶寬，是振動(dòng)能量收集器研究熱點(diǎn)之一。對(duì)于多(雙)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)來說，激勵(lì)加速度的強(qiáng)弱也影響著系統(tǒng)的工作特性。在弱激勵(lì)加速度下，系統(tǒng)振子僅能在某一個(gè)平衡點(diǎn)附近振動(dòng)，其振動(dòng)頻率取決于局部剛度，系統(tǒng)響應(yīng)特性與單穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)相似；而當(dāng)激勵(lì)加速度較大時(shí)，系統(tǒng)振子可以在多個(gè)平衡點(diǎn)之間振動(dòng)，系統(tǒng)的響應(yīng)效果取決于多個(gè)局部剛度大小。采用非線性法設(shè)計(jì)振動(dòng)能量收集器需要考慮具體的使用環(huán)境，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)振動(dòng)能量收集器結(jié)構(gòu)。

2.3 多模態(tài)法

多模態(tài)法[55]是利用結(jié)構(gòu)的多階模態(tài)特性使振動(dòng)能量收集器能夠響應(yīng)多個(gè)頻率下振動(dòng)激勵(lì)。Caetano等[56]提出一種具有8個(gè)扇形葉片的披薩形多模態(tài)壓電式振動(dòng)能量采集系統(tǒng)，當(dāng)激勵(lì)頻率與任一壓電葉片的共振頻率相匹配時(shí)，該壓電葉片將振動(dòng)，從而將振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。Toyabur等[57]提出一種用于收集低頻環(huán)境振動(dòng)能的多模態(tài)壓電-電磁復(fù)合式振動(dòng)能量收集器，如圖17所示，主要由4個(gè)壓電懸臂梁、磁鐵和感應(yīng)線圈組成，當(dāng)任一壓電懸臂梁響應(yīng)外界振動(dòng)時(shí)，壓電單元產(chǎn)生變形將振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，同時(shí)壓電梁還將帶動(dòng)其端部的磁鐵振動(dòng)，使感應(yīng)線圈中的磁通量發(fā)生變化，進(jìn)一步將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換電能。實(shí)驗(yàn)測(cè)得該裝置能夠在12～22 Hz頻率范圍穩(wěn)定工作，工作頻帶寬度達(dá)到10 Hz。

圖17 壓電-電磁復(fù)合式振動(dòng)能量收集器

上述多模態(tài)振動(dòng)能量收集器主要采用陣列共振頻率不同的結(jié)構(gòu)單元來實(shí)現(xiàn)能量收集器工作帶寬的拓寬。除此之外，部分研究人員還分析了多自由度[58-59]振動(dòng)系統(tǒng)的多模態(tài)特性，設(shè)計(jì)出基于多自由度振動(dòng)系統(tǒng)的能量收集器。Tang等[60]提出一種具有雙自由度的靜電式振動(dòng)能量收集器，如圖18所示，通過質(zhì)量塊和碰撞塊碰撞、接觸并使其表面極化而形成帶電電容，隨著兩者間隙的變化，在靜電感應(yīng)作用下將振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。由于主、次梁的存在，能量采集系統(tǒng)具有23、75 Hz的2個(gè)共振頻率，在0.6g加速度激勵(lì)作用下，其工作帶寬達(dá)到32.9 Hz。Fu等[61]基于同樣的原理提出了一種碰撞振動(dòng)式三自由度靜電能量收集器。Tao等[62]利用MEMS技術(shù)制作了一個(gè)兩自由度電磁式振動(dòng)能量收集器，如圖19所示，當(dāng)外界振動(dòng)激勵(lì)與外部彈簧或內(nèi)部彈簧的共振頻率一致時(shí)，磁鐵與感應(yīng)線圈發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)使線圈中磁通量發(fā)生變化，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。在振動(dòng)加速度為0.12g，激勵(lì)頻率為326 Hz和391 Hz時(shí)，輸出功率分別為3.6 mV和6.5 mV。

圖18 雙自由度靜電式振動(dòng)能量收集器

圖19 兩自由度電磁式振動(dòng)能量收集器

多模態(tài)法可有效地改善低頻振動(dòng)能量收集器的性能，但是需要考慮特定的環(huán)境有針對(duì)性地設(shè)計(jì)器件結(jié)構(gòu)。另外，采用該方法所設(shè)計(jì)的能量收集器體積較大，難以與微傳感器集成。

3 低頻振動(dòng)能量收集器存在的問題與發(fā)展趨勢(shì)

環(huán)境中普遍存在的振動(dòng)能、電子元器件功耗的不斷下降以及無線傳感器的廣泛應(yīng)用使振動(dòng)能量收集技術(shù)擁有廣闊的發(fā)展前景，但是相關(guān)研究尚處于起步階段，仍有部分理論、實(shí)驗(yàn)及工程應(yīng)用方面的問題亟待解決，特別是以下方面的典型問題。

3.1 低頻振動(dòng)能量收集器的微型化設(shè)計(jì)與制作

利用振動(dòng)能量收集器為無線傳感節(jié)點(diǎn)供電、實(shí)現(xiàn)無線傳感節(jié)點(diǎn)的自供電是研究振動(dòng)能量收集技術(shù)的目的之一。從能量轉(zhuǎn)換效率上來說，部分振動(dòng)能量收集器足以滿足無線傳感節(jié)點(diǎn)的功耗，但是有些振動(dòng)能量收集器的體積較大、難以集成到無線傳感體系中，需要對(duì)振動(dòng)能量收集器進(jìn)行微型化設(shè)計(jì)與制作，這也振動(dòng)能量收集器發(fā)展趨勢(shì)之一。然而，器件的微型化將導(dǎo)致機(jī)械部件強(qiáng)度降低，有可能縮短器件的疲勞壽命，與無線傳感節(jié)點(diǎn)需要長期穩(wěn)定電能供應(yīng)需求相違背。因此，在振動(dòng)能量收集器的微型化設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮體積、壽命等方面問題。

3.2 微能量管理策略及電路設(shè)計(jì)

低頻振動(dòng)能量收集器所輸出的電能多為能量級(jí)別低、非穩(wěn)定的交流電，不能直接應(yīng)用于無線傳感系統(tǒng)中，通常需要對(duì)其進(jìn)行整流、穩(wěn)壓后被應(yīng)用。為了保證無線傳感節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定工作需要，對(duì)所俘獲的能量進(jìn)行規(guī)劃、管理及設(shè)計(jì)相應(yīng)的能量管理電路，這是振動(dòng)能量收集器走向工程應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是振動(dòng)能量收集技術(shù)研究的難點(diǎn)之一。

3.3 多因素作用下的振動(dòng)能量收集器研究

目前，大多數(shù)研究者普遍關(guān)注的是振動(dòng)能量收集器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，很少考慮能量管理電路對(duì)其性能的影響，這不符合工程應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)需求。同時(shí)，隨著對(duì)振動(dòng)能量收集器研究的不斷深入，更多的因素被引入到能量收集器中，如新材料、轉(zhuǎn)換機(jī)制以及獨(dú)特結(jié)構(gòu)。這些因素將導(dǎo)致振動(dòng)能量收集系統(tǒng)更加復(fù)雜，影響能量收集器的工作性能。因此，需要開展多因素作用的振動(dòng)能量收集系統(tǒng)研究，這對(duì)改善振動(dòng)能量收集器的性能具有重要意義，也是未來振動(dòng)能量收集器的研究方向之一。

4 結(jié)論

研究低頻振動(dòng)能量收集器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，其目的在于解決無線傳感節(jié)點(diǎn)等低功耗電子設(shè)備自供能問題，擺脫傳統(tǒng)化學(xué)電池的約束。目前，國內(nèi)外在該方面已取得了一定的研究進(jìn)展，然而這些研究絕大數(shù)處于實(shí)驗(yàn)階段，距離工程應(yīng)用還較遠(yuǎn)。本文簡(jiǎn)要介紹了低頻振動(dòng)能量收集技術(shù)的工作原理及研究趨勢(shì)，總結(jié)了現(xiàn)有的低頻振動(dòng)能量收集實(shí)現(xiàn)方法和改善低頻振動(dòng)能量收集器性能的途徑，并介紹了現(xiàn)有問題及發(fā)展方向，對(duì)低頻振動(dòng)能量收集的研究具有借鑒意義。