【摘要】：在如今日新月異的時(shí)代,電子設(shè)備的需求越來(lái)越大,在日常生活中,人們的手機(jī),MP3,MP4等數(shù)碼設(shè)備需要不斷電能支持。然而,日常生活中,人們使用的最多是充電寶,雖然可以持續(xù)供電,但電容量有限,電量不能持續(xù)不斷的供給;不僅如此,持續(xù)的電能供現(xiàn)代信息化單兵系統(tǒng)使用或用于其它單兵電子設(shè)備的驅(qū)動(dòng)的作用顯得非常重要。因此我們需要一個(gè)可持續(xù)不斷供電的發(fā)電裝置。新型電容式換能器主要通過(guò)改變可變電容的電介質(zhì)來(lái)改變?nèi)葜?實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。電容式換能器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,生產(chǎn)制造方便等特點(diǎn),因此具有很高的研究?jī)r(jià)值。本文首先介紹了電容換能器的結(jié)構(gòu)特征,通過(guò)改變上下極板之間的距離來(lái)改變電容的容值,從而達(dá)到換能的效果。根據(jù)傳統(tǒng)的電容器裝置的限制,我們對(duì)新型電容式換能器進(jìn)行了研究,不僅打破了傳統(tǒng)電容的電介質(zhì)無(wú)法變化的條件,而且在工藝得當(dāng)?shù)臅r(shí)候,將玻璃管做薄,再次提高了能量轉(zhuǎn)換的效應(yīng)。新型電容式換能器主要利用液態(tài)金屬鎵銦錫在酒精中不產(chǎn)生浸潤(rùn)現(xiàn)象,從而使液態(tài)金屬作為流動(dòng)的電介質(zhì),在玻璃管外焊鍍電極片,由液態(tài)金屬,焊鍍電極片的玻璃管,以及酒精構(gòu)成了新型電容式換能器,并且通過(guò)理論分析,我們確定了兩個(gè)影響電容器能量轉(zhuǎn)換的因素。用matlab軟件編寫(xiě)程序模擬在外界壓強(qiáng)作用于電解液后,液態(tài)金屬在玻璃管內(nèi)移動(dòng)時(shí),可變電容的容值以及電壓值的變化,計(jì)算出可變電容能量的輸出。為下一章有限元分析做出理論分析。緊接著主要講述了運(yùn)用ANSYS有限元軟件對(duì)新型電容式換能器進(jìn)行電場(chǎng)分析。我們對(duì)新型電容式換能器進(jìn)行了有限元建模,分別進(jìn)行了在液態(tài)金屬完全與上下電極板重合時(shí)可變電容的電場(chǎng),電勢(shì)分析以及液態(tài)金屬與上下電極板完全偏離時(shí)可變電容的電場(chǎng),電勢(shì)分析。同時(shí)分別改變兩個(gè)影響電容能量轉(zhuǎn)換的因素,通過(guò)有限元的輸出結(jié)果與理論公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證了理論分析的正確性。最后針對(duì)新型電容式換能器的設(shè)計(jì),我們?cè)O(shè)計(jì)了利用激光器,光敏電阻模塊,以及單片機(jī)組成了的自動(dòng)充放電系統(tǒng)。利用激光器的光束細(xì)且能量高,精準(zhǔn)高等特點(diǎn)以及光敏電阻遇光時(shí)的阻值特性,通過(guò)光敏電阻模塊給單片機(jī)輸出高低電平,來(lái)自動(dòng)對(duì)可變電容進(jìn)行充放電。當(dāng)光敏電阻接受到激光信號(hào),光敏電阻模塊輸出高電平,三極管導(dǎo)通,從而控制外接電源對(duì)可變電容的充電;當(dāng)光敏電阻接受到激光信號(hào),光敏電阻模塊輸出低電平,三極管截止,從而控制外接電源與可變電容無(wú)法構(gòu)成回路,則無(wú)法的充電。放電系統(tǒng)同樣運(yùn)用光敏電阻模塊給單片機(jī)輸出高低電平,當(dāng)光敏電阻接受到激光信號(hào),光敏電阻模塊輸出高電平,放電電路三極管截止,放電電路不構(gòu)成回路,不對(duì)電容的電量進(jìn)行收集;當(dāng)光敏電阻接受到激光信號(hào),光敏電阻模塊輸出低電平,放電電路三極管導(dǎo)通,放電電路與可變電容構(gòu)成回路,對(duì)可變電容的電量進(jìn)行收集。最后,我們結(jié)合上面的計(jì)算與仿真做出總結(jié)和展望。
【圖文】：

中國(guó)計(jì)量大學(xué)碩士學(xué)位論文的能量密度高。美國(guó)陸軍已資助基于介電彈性體的足底發(fā)電研究，發(fā)展代替電池的輔助電源。正在開(kāi)發(fā)的設(shè)備在正常行走時(shí)，可以產(chǎn)生 1 W 的功率。媒體麻省理工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室還開(kāi)發(fā)了另一個(gè)從腳部壓力提取能源的技術(shù)：電磁發(fā)生器。電磁發(fā)生器被安裝在鞋外。其原型設(shè)計(jì)在 10Ω負(fù)載下平均輸出功率 0.23W。如圖 1-1 所示：

圖 1-1 膝部發(fā)電機(jī)發(fā)電裝置niversity 的 J. M. Donelan 研制了上圖所示的發(fā)和微型發(fā)電機(jī)，輸出功率 7.0±0.7W，，但同時(shí)要使公司研制的“發(fā)電鞋”，如圖 1-2 所示，行人可裝有水和一個(gè)小型發(fā)電機(jī)。人們穿著這種鞋子行，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電�！鞍l(fā)電鞋”的發(fā)電功率為 1以使音樂(lè)播放器運(yùn)轉(zhuǎn)。研究人員正努力把發(fā)電功電。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN248;TB552

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本文編號(hào)：2623677