基于PMNT压电陶瓷的能量采集技术.pdf

《基于PMNT压电陶瓷的能量采集技术.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第23卷第6期2010年11月机电产品开崖与纠新Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProductsV01．23．No．6Nov．．2010文章编号：1002-6673(2010)06-010-03基于PMNT压电陶瓷的能量采集技术杜英哲．焦达(哈尔滨工业大学理学院物理系，黑龙江啥尔滨150006)摘要：能源危机越来越受到全世界各国的关注。人们试图采用各种技术将自然能量采集并转化为有效电能。本文利用压电陶瓷所具有的正压电效应。将脚踏机械能有效采集并转化为电能。考

2、虑到压电陶瓷产生高电压低电流的特点，本文主要解决了电流不稳定，持续供电时闻短的问题。同时从实际工程应用出发，设计了成本低能量采集与转化的发电系统。可加装在鞋底，供小型随身电子装置使用。也可装在行人及车辆较多的交通要道，获得广泛的应用。关键词：压电陶瓷；能量采集；电能；电流；电压中图分类号：TH一39文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1002—6673．2010．06．004EnergyHarvestingBasedonPMNTCeramic。DUYing-2he．JIA0Da(Departmen

3、tofPhysics，Collegeofscience，HarbinInstituteofTechnology，HarbinHenon西iaIlg150006，China)Abstract：Energycrisisisbecominga00baihotissue．DifferentkindsoftechnologyhavebeenexploitedtOhaxvestnatureenergyand、conveIYintoelectricpower．Afootpressenergyh缸Ⅵ器dl[19andconver

4、t面lgelectriccircuitwasdesignedbyusingthepiezoelectriceffectofPMNTceramic．ConsideringthatpiezoelectricceramicsCanproducehighvoltageandlowcurrent，thepapermainlysolvedtheproblemthatthecurrentisunstableandthelong—timepowersupplyisunavailable．Theengineeringapplica

5、tionsuch∞lowerCOSthasalsobeencomidered．TheEnergyharvestingandconverljngsystemcarlbestalledontheshoestOsupplythepowerforminielectricdevices，andmaybehidOntheroadtOcollecttheenergyandconvu-wtintoelectricpowerwhenpeopleandvehiclespressedthePMNTceramics．Keywards：P

6、MNTceramic；Energyharvesting；electricpower；current；voltage0引言J压电陶瓷是一种经过极化处理的、具有压电效应的铁电陶瓷，是一种利用压电材料的正压电效应能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，广泛应用于电子、光、热、声学等领域。PMNT铁电单晶具有非常大I的电压响应和机电耦合技术．具有比传统P砑压电陶瓷高出lO倍以上的高致场效应，PMNT陶瓷也比普通眩r压电陶瓷性能高出至少50％。目前，利用压电陶瓷将外力转化为电信号的应用大多限于遥感和探测，即主要将其作为信

7、息材料加以利用，利用PMNT进行小能量采集和积累，并进一步能量转换的试验研究还较少。本文试图利用压电陶瓷的正压电效应收集周围环境中的能量，——收稿日期：2010—10—02作者简介：杜英哲，哈尔滨工业大学理学院物理系大学本科l四年级学生。多次参加学校科技活动。并获得创新奖励。f10并将其转化为稳恒电能，供低功率电子设备使用。1基本原理1．1正压电效应压电陶瓷的正压电效应是实现能量采集的基本原理。当压电晶体在外力作用下发生应变时．它的某些对应界面将产生异种电荷，这种没有电场作用，只是由于变形产生的极化现象称为正压电

8、效应。其一般表达式为：P#da(1)P庐e晶(2)式中：dr压电应变常数；er压电应力常数。这里采用了爱因斯坦求和表示法，m=l，2，3；j=12，3,4，5，6。其中l，2，3，分别为XYz三个方向。当施加方向的应力时。压电陶瓷的上下表面会产生最大量的异种电荷，由以下方程组来表示：D=sE+dnn(3)·开发与创新·tr=cct-d．,iE(4)式中：D一电位移；8一介