With the rapid development of microelectronics technology, low-power electronic sensors have been widely applied in many fields, such as Internet of Things, aerospace, and so on. In this paper, a symmetrical ring-shaped piezoelectric energy harvester (SR-PEH) is designed to provide energy for the sensor to detect the ambient temperature. The finite element method is used by utilizing software COMSOL 5.4, and the electromechanical coupling model of the piezoelectric cantilever is established. The output performance equations are proposed; the microelectromechanical system (MEMS) integration process of the SR-PEH, circuit, and sensor is stated; and the changing trend of the output power density is explained from an energy perspective. In the logarithmic coordinate system, the results indicate that the output voltage and output power are approximately linear with the temperature when the resistance is constant. In addition, the growth rate of the output voltage and output power decreases with an increase of resistance under the condition of constant temperature. In addition, with an increase of temperature, the growth rate of the output power is faster than that of the output voltage. Furthermore, resistance has a more dramatic effect on the output voltage, whereas temperature has a more significant effect on the output power. More importantly, the comparison with the conventional cantilever-shaped piezoelectric energy harvester (CC-PEH) shows that the SR-PEH can improve the output performance and broaden the frequency band.

中文翻译：

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在温度梯度下使用PZT-5H的对称环形压电能量采集器的压电性能。

随着微电子技术的飞速发展，低功率电子传感器已广泛应用于物联网，航空航天等许多领域。本文设计了一种对称的环形压电能量收集器（SR-PEH），为传感器提供能量以检测环境温度。利用COMSOL 5.4软件进行了有限元分析，建立了压电悬臂梁的机电耦合模型。提出了输出性能方程；阐述了SR-PEH，电路和传感器的微机电系统（MEMS）集成过程；从能量的角度解释了输出功率密度的变化趋势。在对数坐标系中 结果表明，当电阻恒定时，输出电压和输出功率与温度大致呈线性关系。另外，在恒温条件下，输出电压和输出功率的增长率随着电阻的增加而减小。另外，随着温度的升高，输出功率的增长速度快于输出电压的增长速度。此外，电阻对输出电压的影响更大，而温度对输出功率的影响更大。更重要的是，与常规悬臂形压电能量采集器（CC-PEH）的比较表明，SR-PEH可以改善输出性能并拓宽频带。在恒温条件下，输出电压和输出功率的增长率随着电阻的增加而减小。另外，随着温度的升高，输出功率的增长速度快于输出电压的增长速度。此外，电阻对输出电压的影响更大，而温度对输出功率的影响更大。更重要的是，与常规悬臂形压电能量采集器（CC-PEH）的比较表明，SR-PEH可以改善输出性能并拓宽频带。在恒温条件下，输出电压和输出功率的增长率随着电阻的增加而减小。另外，随着温度的升高，输出功率的增长速度快于输出电压的增长速度。此外，电阻对输出电压的影响更大，而温度对输出功率的影响更大。更重要的是，与常规悬臂形压电能量采集器（CC-PEH）的比较表明，SR-PEH可以改善输出性能并拓宽频带。此外，电阻对输出电压的影响更大，而温度对输出功率的影响更大。更重要的是，与常规悬臂形压电能量采集器（CC-PEH）的比较表明，SR-PEH可以改善输出性能并拓宽频带。此外，电阻对输出电压的影响更大，而温度对输出功率的影响更大。更重要的是，与常规悬臂形压电能量采集器（CC-PEH）的比较表明，SR-PEH可以改善输出性能并拓宽频带。