基于压电效应的生热保温鞋及其检测装置的设计

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1、陵压料技大学申请工学硕士学位论文论文题目：基于压电效应的生热保温鞋及其检测装置的设计学科门类：工学一级学科：控制理论与控制工程培养单位：电气与信息工程学院硕士生：文婷导师：宁铎教授2014年5月0UlIIIIIIIlUlIIIIIIISill憾Y2554602DESIGNOFHEATPRESERVATl。’I——O。——NSHOES——ANDDETECTIONDEVICEBASEnONPIEZoECTRICEFFECTAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofSciencean

2、dTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringscienceByTingWenThesisSupervisor：ProfessorDuoNingMay2014基于压电效应的生热保温鞋及其检测装置的设计摘要随着科学技术的发展，人们开始寻找日常生活中各种能够被利用的能量来实现节能减排的总目标。所以微电源技术的研究成为了当前的研究热点。而在所有的关于微电源研究中，压电材料因为其成本低，结构简单，容易实现

3、等优点，在势能利用等应用中越来越受到人们的青睐。其中，将人走路时对地面的冲击转换为电能的微型发电机也开始受到人们的关注。本文就是在此背景下，系统研究并整体设计了一种基于压电发电的生热保温鞋，从而为有效的解决严寒地区特殊工作者(如解放军站岗放哨)的脚部保暖问题提供一条新路。论文所做的主要工作如下：(1)选择并分析压电发电装置的理论模型。选择了一种新的理论模型，该模型以经典的压电理论学作为基础，结合最新的研究成果，是用一种新的方法构建的。通过对理论模型进行分析，研究了压电陶瓷的发电特性。讨论了有关负载、外部激励参

4、数的变化等对压电振子发电能力的影响规律；特别是对双压电片悬臂梁式的电极串、并联结构、压电叠堆式电极串、并联结构的组合连接方式的发电性能分别进行了比较，分析了它们的特点和适用场合范围。(2)根据保温鞋的结构特点设计并制作了压电发电鞋整体结构装置。根据理论模型分析结果，结合压电发电鞋所需要满足的实际条件，设计了以并联压电叠堆为换能元件，通过人们行走时对鞋底产生的冲击来挤压压电叠堆产生电能，并利用碳纤维等软性纺织材料进而转换成热能量，从而实现发电．生热新功能鞋的整体结构设计。(3)利用“劈”的原理通过压力的放大有效

5、提高压电发电鞋的发电量。在分析各个影响发电能力的因素基础上，根据压电陶瓷钢性的特点，通过设计新的斜面结构来增强作用在压电振子上的力的大小达到提高发电量的目标。试验结果表明，该结构有效的提高了发电量。(4)专用检测仪器的设计实现。为了能够更加有效的测量出压电振子的发电能力，专门设计了一套检测装置。其基本原理是根据压电陶瓷发电性能指标及影响因素，采用电荷放大器对压电振子的电荷量进行测量的系统。该测试系统为研究压电陶瓷尺寸参数、外界激励的频率等对压电陶瓷发电能力的影响提供了硬件测试平台。关键词：生热保温鞋，压电振子

6、，机械结构，电荷放大器，检测装置DESIGNOFHEATPRESERVATIoNSHoESANDDETECTIoNDEVICEBASEDoNPIEZoECTRICEFFECTABSTRACTInrecentyears，withthedevelopmentofscienceandtechnology，scientistshavebegantolookingforvariousenvironmentsenergythatCanbeemployedintheenvironmenttoachievetheoveral

7、lgoalofenergysavingandemissionreduction．Therefore，theresearchofmicro-powertechnologyhasbecomethecurrentfocus．Sotheresearchofthemicro—powertechnologyisbecomingahotspot．Inallstudies，thepiezoelectricmaterialisacceptedbymoreandmorepeopleapplicationsbecauseofits

8、lowcost，simplestructure，andeasytorealize，etc．Amongthem，themicro—generatorwhichistheimpactonthegroundofpaceconvenedintopowerenergywhilewalkinghasbegantobepaidattention．Thenthepaperhasdevelopedapairofhea