基于ICPF的水滴发电系统的研究

运用压电发电原理,将水滴从高处落下碰撞ICPF薄膜而产生的机械能,转化为电能,再通过弱电量收集装置将此电能储存。此系统对环保绿色能源的推广应用具有重大意义。整个发电系统主要包括电流电压转换、整流滤波、能量储存三大部分。还通过理论推导和实验证明了运用水滴发电的可行性,有助于全面推进新能源的建设。     

道路压电微能量采集电路开发及应用效果研究

分析了现有电路用于道路压电能量采集存在的技术缺陷,基于标准能量采集电路提出2种改进方案,借助仿真软件系统研究了改进电路在不同电源激励下的能量采集功效,测试并评价了改进电路的实际应用效果,表明道路压电微能量的高电压、低电流、不连续瞬时、峰值电压不一致和低频等特性决定了现有采集电路难以实现对道路压电微能量的高效采集。仿真结果表明,标准能量改进电路可稳定输出5V直流电压,且持续充电270s即可实现稳定的2.2V直流输出。     

基于喷嘴-共振腔系统的压电能量收集

针对气流激振压电能量收集的机械激励问题,提出了一种基于喷嘴-共振腔系统的激振方法。应用CFD方法对压力流场进行分析;同时,结合压电效应,对输出电压进行仿真预测。结果表明,在入口压力为8KPa时,能产生峰-峰值33.6KPa以及频率1515Hz的振荡压力;压电片的振动位移峰-峰值为0.045mm,且其输出电压峰-峰值在40V左右。该方法能将环境气流转化为作用于压电材料上的周期性脉动压力载荷进而实现电能输出,从而验证了该压电能量收集方法的可行性。对于丰富压电能量收集在微功耗电子系统自供电的应用,具有重要价值和工程指导意义。     

低温热能转化为电能自供电装置的研究

摘要本文研究了半导体温差发电器件的输出电压与温差的关系,设计了一种将低温热能转化为电能的自供电装置。以暖气片或暖气管道为热源,利用两片温差发电器件产生不稳定的直流电源。采用03V超低压充电泵S-882Z与DC／DC相结合的稳压电路,最大限度地将低温热源转化的电能用于充电电池充电、热量表供电。充电管理芯片MCP73831用于保护充电电池和实现完全充电。     

压电瞬态响应在换能器声功率测量中的应用

探索一种简便的聚焦超声功率测量方法,利用压电陶瓷片直接接收超声信号,通过机电类比得到压电瞬态响应由压电片在声波作用力下引起受迫振动产生的电压响应与固有振动产生的高频衰减响应叠加而成,分析输出压电信号与换能器声功率之间的换算关系。对输出压电信号进行二次包络提取,获得表征声功率变化的电压幅度曲线,分别找出不同换能器驱动电压下包络曲线的最大峰值电压,将其平方值与声功率计所测声功率进行线性拟合,并对理论关系式中的比例系数进行标定。实验结果所得线性拟合度较高,且标定后所得声功率与声功率计所测值相对误差低于8.7%,证明了通过压电瞬态响应测量换能器声功率具有可行性。     

圆环状复合材料高频宽带水声换能器

研制了一种圆环状高频宽带水声换能器。利用压电复合材料Q值低从而频带宽的特点,采用双环轴向堆叠产生双模态耦合的结构方式拓宽换能器的带宽。通过理论分析与仿真计算,确定敏感元件几何尺寸。用切割-浇注-被覆电极等工艺制备出压电复合材料圆环;再将制备出的外径相同,壁厚不等的压电复合材料圆环轴向叠堆制成叠堆敏感元件,最后灌注防水透声层制成换能器。对制得的换能器进行水下性能测试,测得该换能器谐振频率为410 kHz,最大发射电压响应为150 dB,-3 dB带宽达60 kHz,水平指向性开角(-5 dB)为360°,-3 dB垂直指向性开角约20°。结果表明将复合材料圆环轴向堆叠可显著拓展换能器的带宽,且实现声波的水平全向发射。     

踩踏压电技术于旅游导识终端设计中的应用研究

中国正在经历着一个从旅游大国向旅游强国的发展转型期。科技的发展,更多的旅游景区采用智能交互导识,也带来了更多的消耗,如何将导识终端的系统以低碳、环保和可持续的新型发电技术替代传统的发电方式,是当今科学界、设计界所关注的重点。项目大胆将压电技术运用到旅游景区的导识系统中去,人与压电材料交互,给新型电子导系统提供能源。可以将浪费的动能由行人或车辆的运动转换成可再生能源。这种清洁技术能源可以在室内和室外环境应用,如照明,标牌和通信网络。在路面上铺设可发电的"交互能量板块",利用地板踩踏压电技术,一旦有行人踩踏地砖就能产生能量,这些能量被储蓄到聚合物锂电池中,或用于体育中心的路灯照明、音箱、人行道的警报器、标志以及广告灯箱等设备中。更低碳,更环保。     

土木工程结构健康监测中的压电传感技术研究

从压电方程入手,分析了采用压电陶瓷传感器进行动态应变传感的原理和计算公式。通过实验研究了不同激振频率下压电传感器的动态响应,其电压特性曲线表明该传感器灵敏度高,且输入输出具有较好的线性关系。另外,输出电压与传感元件的厚度有一定关系,灵敏度随着厚度的增大而增大。此项研究结果为结构健康监测工程应用奠定了理论基础。     

基于碳纳米管改性0-3-1型水泥基压电复合材料诱导极化工艺的研究

采用碳纳米管对0-3-1型压电复合材料进行改性,研究了诱导极化电压(E1)、诱导电压方向、极化温度(T)、极化时间(t)、二次极化电压(E2)等相关因素对0-3-1型水泥基压电复合材料压电性能的影响,确定了0-3-1型水泥基压电复合材料最优的极化工艺和制备过程。结果表明,碳纳米管改性0-3-1型水泥基压电复合材料的最优诱导电场方向为与1型陶瓷柱夹角为30°方向,合理诱导电压为600 V/cm,合理二次极化电压为3 kV/mm,合理极化温度为100℃,合理极化时间为30 min。     

路面用环氧基压电复合材料制备及性能

为了制备适合于路面用的压电复合材料,以锆钛酸铅(PZT)为压电相,以环氧树脂为基体,采用压制成型法制备0-3型PZT/环氧树脂压电复合材料.分析了PZT的体积分数、制备工艺和极化条件对复合材料压电应变常数的影响,测试了环氧基压电复合材料的介电性能,并完成了动态荷载作用下压电响应的测试.研究结果表明:PZT的体积分数为75％时压电复合材料电性能最好;最佳的极化条件为极化电压2.25kV/mm、极化时间15min和极化温度90℃,但成型压力和成型时间对环氧基压电复合材料影响很小.在PZT体积掺量为75％,最佳成型和极化条件下,压电复合材料的介电常数及压电应变常数分别为210.53和64 pC/N;并在该复合压电材料施加正弦稳幅荷载(频率:10Hz,均值:-600N,幅值:400N),其可稳态输出8.1V电压,其储存的能量为304.2uJ.