材料柔性好，挠度大，可随风摆动发生变形，且不易折断，固选用聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）压电材料。该能量采集装置的压电片由三部分组成，分别为能量采集单元、控制信号发生单元及控制电路能量供给单元。三部分并行粘结在一起，分别引出独立的电极。因三部分压电片受到激励时形变相同，因此可以通过电压波形判断压电片的位姿，新型小旗型压电能量采集装置如图1所示。压电片的等效电路可以由一正弦电流源及等效电容并联表示，压电片等效原理图如图2所示，图2中，I为等效电流源电流，Cr为等效电容，R为压电片内阻，一般为几十兆欧，甚至上百兆欧。
2 接口电路原理分析
经典接口电路由整流桥与滤波电容组成，经典能量收集接口示意图如图3所示，为保证整流后电压为直流信号，应选择滤波电容满足RLCL远大于电路电压信号的振荡周期。
并联同步电感能量接口电路在经典电路的基础上增加了一个可控开关与电感[13-16]。可控开关S在压电片电压U达到峰值时闭合，使压电片等效电容Cr与电感L形成LC振荡回路，并使压电片输出电压在极短时间内快速翻转，之后开关S断开，以达到修缮波形的目的，修缮后的波形为U1。
PSSHI能量采集接口[17-20]如图4所示，采用同步电感提取技术进行修缮，PSSHI修缮后的压电片输出波形如图5所示。基于风致压电能量收集装置的电路由三部分组成，即能量收集电路，控制信号发生电路，能量供给电路。电压翻转时，LC振荡周期远小于压电片输出电压的周期，为防止在压电片输出电压的半个周期内电压多次反转，能量收集電路的控制开关由2个金氧半场效晶体管（metaloxidesemiconductor fieldeffect transistor，MOS）及2个二极管构成，以达到双向单通的目的，这样在半个电压输出周期内，电压只能反转1次。
从全局看，风致压电能量收集装置输出波形近似于正弦波，只在局部有细小波动。同步电感的开关控制应以全局条件下的峰值作为判断依据，若以局部峰值为基准，开关通断过于频繁，会消耗过多的能量，因此在电路仿真时，可以用全局等效正弦波代替原电压信号。控制信号发生电路由施密特触发器与反相器组成，由施密特触发器的迟滞触发作用可知，当电压信号V达到施密特触发器阈值电压的正向阈值电压V+时，其发出高电平信号，MOS管1导通;当电压信号达到施密特触发器负向阈值电压V-时，发出低电平信号，经反相器反转后，输出高电平，使MOS管2导通。
能量供给电路由二极管整流桥与滤波电容Cr1组成，为施密特触发器等有源器件提供所需能量。自感知和自供电式PSSHI电路示意图如图6所示。
3 仿真分析
实验所选俘能为PVDF，压电片长为170 mm，宽为5 mm，厚度为0.5 mm，等效电容为11 nF，等效电阻为200 MΩ，PVDF材料相关参数如表1所示。
在钝体直径为10 mm时，该压电片在风速从0.1～10 m/s变化时产生的开路峰值电压从几伏增大到十几伏，此次电路仿真选取的开路输出电压为15 V，频率为5 Hz。在开路状态下的新型能量提取电路，其压电片输出电压随时间变化曲线如图7所示;对于标准电路与新型能量提取电路，其输出电压随负载变化曲线如图8所示，输出功率随负载变化曲线如图9所示。
由图7～图9可已看出，采用PSSHI电路后，压电能量采集装置的输出电压比经典接口电路高1倍左右，最大输出功率提高30%，但最优匹配阻抗有所增加。
4 结束语
传统俘能电路只能应用于线性激励作用下的俘能器，对非线性电能的俘能效果较低，本文基于风致压电能量收集装置，提出了一种自感知、自供电式的并联同步电感提取电路控制策略，对非标准简谐信号也有较高的能量收集功率。该控制策略以压电片输出电压全局下的峰值作为检测对象，控制同步电感开关的通断，与经典接口相比，负载上的电压提升约1倍，最大输出功率提升30%，有效提升了非线性能量收集器的俘能效率。另外，电路中的元器件多为无源器件，能够最大程度减少俘能电路本身的损耗，这种利用压电片自身输出电压作为检测信号的俘能电路设计，为非线性能量收集电路设计提供了新的思路。
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