双钝体压电能量采集器

能量输出高一个量级

采用双钝体变刚度悬臂结构和弛豫铁电单晶，利用卡门涡街增强涡激力，实现自供电水下声信标的高效能量采集。

Siqi, Gao · Jishi, Zhou · 高翔宇 · Liu, Ruixuan · Hongqi, Jiang · Chang, Jianvlei · Weihong, Yang · Zhuo, Ran · 73891768

Advanced Materials Technologies 2025

具体参数

输出电压

{'zh': '117.8', 'en': '117.8'} VPP

功率密度

{'zh': '11.52', 'en': '11.52'} mW cm⁻³

压电系数 d33

{'zh': '2082', 'en': '2082'} pC N⁻¹

发射电压响应提升

{'zh': '2.58–10.81', 'en': '2.58–10.81'} dB

接收电压灵敏度提升

{'zh': '4.68–12.51', 'en': '4.68–12.51'} dB

-6dB 带宽扩展

{'zh': '2–8', 'en': '2–8'} kHz

技术优势

电压输出高一个量级

利用卡门涡街增强涡激力，1 m s⁻¹ 流速下输出电压达 117.8 VPP，较传统悬臂设计高 10 倍以上。

功率密度大幅提升

同样在 1 m s⁻¹ 流速下，功率密度达 11.52 mW cm⁻³，是传统悬臂的 10 倍以上。

压电系数极高

采用 PIN-PMN-PT 弛豫铁电单晶，d33 达 2082 pC N⁻¹，为高效能量转换提供材料基础。

声信号更强

基于单晶的换能器发射电压响应提高 2.58–10.81 dB，接收灵敏度提高 4.68–12.51 dB，带宽扩展 2–8 kHz。

应用场景

• 水下传感器网络：为水下传感器节点持续供电，免除电池更换。
• 自供电物联网节点：将水流振动转化为电能，驱动物联网节点自运行。
• 海洋能收集：利用卡门涡街从海流中高效提取能量。
• 水下声学仪器：为声学仪器自供电并提升收发性能。