井下随钻星型压电振动俘能结构输出特性

摘要

针对井下传感器供电问题设计一种井下随钻的多支梁星型压电振动俘能结构(LWD-PVEH),并建立LWD-PVEH单支梁压电振子的动力学方程，搭建单支梁压电俘能结构的试验台，进行单支梁压电振子的能量俘获试验，分析压电振子的空载电压输出特性，验证LWD-PVEH的可行性和有效性；采用多物理场仿真软件COMSOL建立LWD-PVEH耦合动力学模型，仿真分析LWD-PVEH的模态特性，研究激振频率、支梁结构尺寸和振动作用方向等参数对LWD-PVEH发电能力的影响。结果表明：激励频率与LWD-PVEH低阶固有频率相近，可极大提高装置发电能力，短支梁与长支梁长度比为0.65,支梁夹角为45°时，装置能量收集效率最高，同时可保证有较高的能量密度；LWD-PVEH结构收集钻柱轴向振动能量的能力更强，对于横向振动能量，可通过设计或改变支梁的方位提高LWD-PVEH的综合能量俘获性能。

关键词

压电振动 / 电学响应 / 参数化模型 / 随钻测井

基金资助

国家自然科学基金面上项目(52575127); 山东省自然科学基金项目(ZR2024QE043)