發(fā)布時(shí)間：2017-08-13 16:25

  本文關(guān)鍵詞：基于堆棧式壓電換能器的路面能量收集技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 道路工程 堆棧式壓電換能器 實(shí)驗(yàn)分析 路面振動(dòng) 能量收集

【摘要】：道路中每天承載著不計(jì)其數(shù)的車輛、行人的直接作用,這些作用的機(jī)械能通常體現(xiàn)在路面的振動(dòng)、變形、磨損、開(kāi)裂等病害,并最終以熱能的形式耗散在環(huán)境中。收集這些廢棄的能量,并將其利用在交通附屬設(shè)施是道路工作者多年的夢(mèng)想。壓電換能器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。本文結(jié)合路面載荷環(huán)境,提出了利用堆棧式壓電換能器收集路面振動(dòng)能量的方法,并制備了基于堆棧式壓電換能器的路用壓電能量收集裝置。首先,本文對(duì)路面壓電能量收集的理論進(jìn)行了分析,就壓電效應(yīng)、壓電材料及參數(shù)、壓電發(fā)電機(jī)理、壓電換能器結(jié)構(gòu)、換能器的封裝、能量收集電路等進(jìn)行了介紹。選擇了適合路面環(huán)境條件下的壓電材料及換能器結(jié)構(gòu)。其次,制備了測(cè)試用和路面用堆棧式壓電換能器,并對(duì)堆棧式壓電換能器在接近路面載荷條件下的輸出效能進(jìn)行了研究。選擇了PZT-5H壓電陶瓷作為換能器壓電材料,選擇了并聯(lián)方式作為換能器的內(nèi)部連接方式。并測(cè)試了剛性封裝和柔性封裝下?lián)Q能器的電能輸出效率。經(jīng)測(cè)試認(rèn)為,在載荷不引起壓電材料的應(yīng)力退極化、作用頻率低于換能器的諧振頻率下,換能器的輸出電能隨載荷及頻率增加而增加。剛性封裝和柔性封裝后的換能器的輸出電信號(hào)衰減不明顯。此外,設(shè)計(jì)制備了由12組壓電換能器組成的壓電能量收集裝置。通過(guò)靜水壓力試驗(yàn)測(cè)試了裝置的密封性,通過(guò)加載試驗(yàn)測(cè)試了裝置的強(qiáng)度,通過(guò)小型加速加載試驗(yàn)測(cè)試了裝置的輸出衰減及疲勞性能,通過(guò)在320國(guó)道實(shí)地鋪設(shè),測(cè)試了裝置的耐久性。最后,提供了壓電能量收集裝置的鋪設(shè)方法,對(duì)鋪設(shè)后的輸出電能進(jìn)行了分析估算,單組壓電能量收集裝置輸出的平均功率約為14mW,所鋪設(shè)的20組裝置可持續(xù)點(diǎn)亮約180顆LED燈。
【關(guān)鍵詞】：道路工程 堆棧式壓電換能器 實(shí)驗(yàn)分析 路面振動(dòng) 能量收集
【學(xué)位授予單位】：交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U416.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 研究背景與現(xiàn)狀11-19
• 1.1.1 能源與環(huán)境11-13
• 1.1.2 道路與道路能量13-15
• 1.1.3 壓電能量收集15-19
• 1.2 目的和意義19-20
• 1.2.1 研究目的19
• 1.2.2 研究意義19-20
• 1.3 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線20-23
• 第2章 壓電式路面能量收集技術(shù)理論及分析23-37
• 2.1 壓電材料及壓電機(jī)理23-25
• 2.1.1 壓電材料23-24
• 2.1.2 壓電機(jī)理24-25
• 2.2 壓電材料參數(shù)及機(jī)電耦合模型25-28
• 2.2.1 壓電材料參數(shù)25-27
• 2.2.2 機(jī)電耦合模型27-28
• 2.3 壓電換能器結(jié)構(gòu)理論28-32
• 2.3.1 壓電換能器結(jié)構(gòu)介紹28-30
• 2.3.2 堆棧式壓電換能器理論模型30-32
• 2.4 壓電換能器的外部封裝32-34
• 2.5 能量收集電路34-36
• 2.5.1 接口電路34-35
• 2.5.2 儲(chǔ)能元件35-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第3章 堆棧式壓電換能器及路用壓電能量收集裝置設(shè)計(jì)37-62
• 3.1 堆棧式壓電換能器結(jié)構(gòu)及制備37-41
• 3.1.1 換能器材料比選37-39
• 3.1.2 堆棧式壓電換能器結(jié)構(gòu)及制備39-41
• 3.2 堆棧式壓電換能器測(cè)試方法41-44
• 3.2.1 加載方案設(shè)計(jì)41-42
• 3.2.2 加載過(guò)程42-44
• 3.3 堆棧式壓電換能器電能輸出分析44-51
• 3.3.1 內(nèi)部連接方式對(duì)輸出電能的影響44-46
• 3.3.2 加載條件對(duì)輸出電能的影響46-49
• 3.3.3 柔性硅膠封裝對(duì)堆棧結(jié)構(gòu)輸出電能的影響49-51
• 3.4 路用堆棧式壓電換能器51-56
• 3.4.1 路用堆棧式壓電換能器結(jié)構(gòu)及尺寸51-53
• 3.4.2 電能輸出53-54
• 3.4.3 阻抗匹配54-56
• 3.5 路用壓電能量收集裝置設(shè)計(jì)56-61
• 3.5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及換能器布設(shè)56-59
• 3.5.2 內(nèi)部電路方案及密封設(shè)計(jì)59-61
• 3.6 本章小結(jié)61-62
• 第4章 壓電能量收集裝置的前期測(cè)試62-74
• 4.1 路用壓電能量收集裝置密封性及強(qiáng)度試驗(yàn)62-65
• 4.1.1 防塵密封性試驗(yàn)62-63
• 4.1.2 強(qiáng)度試驗(yàn)63-65
• 4.2 室內(nèi)小尺寸壓電能量收集裝置力學(xué)試驗(yàn)機(jī)加載試驗(yàn)65-68
• 4.3 室內(nèi)小型加速加載（MMLS）68-71
• 4.4 路面埋設(shè)耐久性71-73
• 4.5 本章小結(jié)73-74
• 第5章 路用壓電能量收集裝置實(shí)際路面鋪設(shè)74-88
• 5.1 路用壓電能量收集裝置的埋設(shè)74-78
• 5.1.1 路面條件選址及布設(shè)方案74-77
• 5.1.2 壓電能量收集裝置鋪設(shè)77-78
• 5.2 壓電能量收集裝置電能輸出測(cè)試78-82
• 5.2.1 不同軸載下的輸出電壓78-80
• 5.2.2 不同車速下的輸出電壓80-82
• 5.3 壓電能量收集裝置的能量收集82-85
• 5.4 能量收集裝置的輸出電能計(jì)算85-87
• 5.5 本章小結(jié)87-88
• 第6章 結(jié)論與展望88-91
• 6.1 結(jié)論88-89
• 6.2 展望89-91
• 參考文獻(xiàn)91-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他研究成果96-97
• 致謝97-99
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷99

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1 林仲茂,房福全,蘇敦珍;大功率工作狀態(tài)下壓電換能器效率的實(shí)驗(yàn)研究[J];應(yīng)用聲學(xué);1985年04期

2 林仲茂,李萌;高振幅夾心式壓電換能器[J];聲學(xué)學(xué)報(bào);1988年04期

3 劉獻(xiàn)鐸;向空氣中輻射超聲波的環(huán)形壓電換能器[J];應(yīng)用聲學(xué);1990年04期

4 李全祿;;壓電換能器材料的研制及使用[J];陜西師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1992年02期

5 倪以發(fā),吳文虬,章德;壓電換能器的聲非線性[J];聲學(xué)技術(shù);1997年03期

6 鮑善惠;壓電換能器與匹配電感的耦合振蕩[J];陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1998年03期

7 鮑善惠;壓電換能器的動(dòng)態(tài)匹配[J];應(yīng)用聲學(xué);1998年02期

8 朱武,張佳民,金長(zhǎng)善,蔡鶴皋;基于數(shù)字電感的壓電換能器動(dòng)態(tài)匹配的研究[J];應(yīng)用聲學(xué);2000年02期

9 法林,Jens　M.Hovem,董大群,陳文輝;薄球殼壓電換能器機(jī)電特性的數(shù)值模擬[J];石油儀器;2000年04期

10 彭太江,常穎,楊志剛,吳博達(dá);超聲減摩用壓電換能器阻抗匹配的試驗(yàn)研究[J];壓電與聲光;2004年01期

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1 林廣義;汪煒;董歧;劉正塤;;液體壓力激波壓電換能器的諧振特性研究[A];第十屆全國(guó)特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

2 鮑善惠;王艷東;;壓電換能器在并聯(lián)諧振頻率附近特性的研究[A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)功率超聲分會(huì)2005年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

3 陳濤;王曉_g;章德;高懷;;壓電換能式超聲波霧化噴嘴的研究進(jìn)展[A];2010’中國(guó)西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2010年

4 咸壽榮;楊書(shū)玲;;超聲霧化壓電換能器生產(chǎn)工藝及其電極制作的新技術(shù)[A];94'全國(guó)結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、金屬/陶瓷封接學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1994年

5 張?jiān)齐?余芳;;壓電換能器和超聲聚能器諧振頻率數(shù)控修正方法[A];第九屆全國(guó)振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

6 張?jiān)齐?余芳;;壓電換能器和超聲聚能器諧振頻率數(shù)控修正方法[A];第九屆全國(guó)振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

7 李建;韓慶邦;朱昌平;;壓電換能器的電阻抗匹配實(shí)驗(yàn)研究[A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)2007年青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下）[C];2007年

8 張德俊;程建政;魏志剛;;單晶壓電換能器與純凈波技術(shù)[A];2005年全國(guó)超聲醫(yī)學(xué)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

9 張智;呂偉國(guó);崔志文;儲(chǔ)昭坦;;一種壓電換能器的共振特性研究[A];融合與創(chuàng)新：新世紀(jì)物理聲學(xué)的發(fā)展——二零一二年度全國(guó)物理聲學(xué)會(huì)議論文集[C];2012年

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1 王晨;基于有限元法的測(cè)井壓電換能器仿真及井孔和地層聲場(chǎng)模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 白如雪;基于聲光可調(diào)諧濾波器的部分仿真研究[D];中北大學(xué);2016年

3 陳君;基于新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器的加速度傳感器研究[D];江蘇大學(xué);2016年

4 劉菲;氣流致聲壓電發(fā)電機(jī)氣流激勵(lì)進(jìn)氣道數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)分析[D];南京理工大學(xué);2016年

5 黃斌;基于堆棧式壓電換能器的路面能量收集技術(shù)研究[D];交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院;2016年

6 孔權(quán);壓電換能器自動(dòng)阻抗匹配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2009年

7 張利燕;基于光學(xué)應(yīng)用的壓電換能器的研究[D];電子科技大學(xué);2011年

8 符家和;兩端輻射雙頻壓電換能器的設(shè)計(jì)與研究[D];廣西大學(xué);2013年

9 李萬(wàn)崇;基于傳輸線理論的壓電換能器電阻抗匹配研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

10 徐夢(mèng)華;梁式壓電換能器的力電耦合分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

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