壓電發(fā)電系統(tǒng)負載特性研究.pdf

1、隨著微機電系統(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、存儲環(huán)境中的能量，并應(yīng)用于實際負載的系統(tǒng)，且具有綠色無污染、抗干擾能力強等優(yōu)點，這也使其越來越受到人們的關(guān)注。目前，國內(nèi)外單獨對壓電振子、壓電儲能電路、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)的負載特性方面的研究更少，為此本課題從理論和實驗兩方面就壓電發(fā)電系統(tǒng)的負載特性方面進行了研究，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、壓電振子的振動方式、支撐方式和激勵方式等。利用ANSYS軟件仿真得到實驗中壓電振子的固有頻率，同時簡述了壓電振子的頻率特性。建立壓電振子與負載的電學(xué)等效模型，利用第一類壓電方程推導(dǎo)得到最優(yōu)負載以及在最優(yōu)負載下壓電振子的最大輸出功率，并從理論上分析了負載為電阻時壓電發(fā)電系統(tǒng)的負載特性。
　　然后，從實驗角度出發(fā)，主要完成了以下幾個實驗：
　

3、?。?）采用共振法得到壓電振子的固有頻率，得到實驗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，通過實驗發(fā)現(xiàn)在固有頻率時壓電振子的發(fā)電量是最大的；
　?。?）壓電發(fā)電系統(tǒng)負載特性實驗，在振子開路電壓峰峰值為17.5V、儲能電容為0.1F時，負載為pF、?F數(shù)量級的電容時，超級電容充滿的時長分別約為17和18分鐘，而負載為0.1F時，充電時長約為35分鐘；負載電阻大于等于47K時，儲能電容充滿時

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