壓電發(fā)電系統(tǒng)負(fù)載特性研究.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)和傳感網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們越來越重視它們的供能問題，而壓電發(fā)電系統(tǒng)是一種能夠收集、存儲(chǔ)環(huán)境中的能量，并應(yīng)用于實(shí)際負(fù)載的系統(tǒng)，且具有綠色無污染、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，這也使其越來越受到人們的關(guān)注。目前，國內(nèi)外單獨(dú)對壓電振子、壓電儲(chǔ)能電路、壓電應(yīng)用等方面都有相應(yīng)的研究成果，但對壓電發(fā)電系統(tǒng)整體的研究較少，特別在壓電發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載特性方面的研究更少，為此本課題從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面就壓電發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載特性方面進(jìn)行了研究，主要做了如下工作

2、：
　　首先，簡要介紹了壓電發(fā)電的理論基礎(chǔ)，包括壓電效應(yīng)、壓電陶瓷材料和壓電方程、壓電振子的振動(dòng)方式、支撐方式和激勵(lì)方式等。利用ANSYS軟件仿真得到實(shí)驗(yàn)中壓電振子的固有頻率，同時(shí)簡述了壓電振子的頻率特性。建立壓電振子與負(fù)載的電學(xué)等效模型，利用第一類壓電方程推導(dǎo)得到最優(yōu)負(fù)載以及在最優(yōu)負(fù)載下壓電振子的最大輸出功率，并從理論上分析了負(fù)載為電阻時(shí)壓電發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載特性。
　　然后，從實(shí)驗(yàn)角度出發(fā)，主要完成了以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)：
　

3、　（1）采用共振法得到壓電振子的固有頻率，得到實(shí)驗(yàn)值與理論分析值基本吻合；
　?。?）壓電振子的激振頻率與壓電發(fā)電量之間的關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在固有頻率時(shí)壓電振子的發(fā)電量是最大的；
　?。?）壓電發(fā)電系統(tǒng)負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)，在振子開路電壓峰峰值為17.5V、儲(chǔ)能電容為0.1F時(shí)，負(fù)載為pF、?F數(shù)量級的電容時(shí)，超級電容充滿的時(shí)長分別約為17和18分鐘，而負(fù)載為0.1F時(shí)，充電時(shí)長約為35分鐘；負(fù)載電阻大于等于47K時(shí)，儲(chǔ)能電容充滿時(shí)

4、長約為22分鐘，負(fù)載電阻為20K時(shí)需要38分鐘，負(fù)載電阻為10K時(shí)需要40分鐘但其最終的穩(wěn)定電壓為2.6V，整個(gè)電路達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；且在負(fù)載電阻為16K時(shí)，振子的輸出功率最大為0.67 mW；
　?。?）壓電振子的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，壓電振子在固有頻率下隨著外加激振力的增大，輸出電壓可能會(huì)發(fā)生失真，嚴(yán)重情況下可能會(huì)發(fā)生斷裂。
　　最后，以ADT7410低功耗溫度傳感器為負(fù)載，分別觀察壓電振子為1個(gè)和2個(gè)溫度傳感器供電時(shí)的狀況。當(dāng)振子開