本文關(guān)鍵詞：胎壓監(jiān)測(cè)發(fā)電裝置用壓電振子優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 壓電發(fā)電 銀電極 分段方法 電量收集 胎壓監(jiān)測(cè)

【摘要】：近年來(lái),我國(guó)汽車(chē)保有量呈爆炸式增長(zhǎng),汽車(chē)作為一種代步交通工具進(jìn)入了尋常百姓家,交通問(wèn)題不斷涌現(xiàn),大家愈發(fā)關(guān)心汽車(chē)出行的安全問(wèn)題。輪胎對(duì)汽車(chē)來(lái)說(shuō)有著不亞于引擎的地位,輪胎的氣壓對(duì)汽車(chē)的性能、動(dòng)力有著至關(guān)重要的作用,它不僅影響駕駛的安全,還對(duì)汽車(chē)的油耗有一定的影響。輪胎的胎壓已經(jīng)成為影響行車(chē)安全的主要因素之一。目前,市場(chǎng)上的胎壓監(jiān)測(cè)產(chǎn)品工作時(shí)電能主要來(lái)自于電池,這種產(chǎn)品存在一定的缺陷,如電池的電量用完之后需要更換電池,而監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在輪胎內(nèi)部,更換電池不方便,更換下來(lái)的電池會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染;另外低溫環(huán)境影響電池的化學(xué)反應(yīng),可能會(huì)導(dǎo)致電池供電不穩(wěn)定。產(chǎn)品的缺陷主要是由電池引起的,因此,需要一種可以替代電池的供電裝置,本文采用壓電陶瓷作為發(fā)電裝置的核心元件,實(shí)現(xiàn)了胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自供電。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《車(chē)輪振動(dòng)壓電俘能系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用技術(shù)研究》的資助下,基于銀電極分段的方法,將作為胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)電裝置核心元件的壓電振子表面的銀電極按比例分為三段,優(yōu)化了發(fā)電裝置的發(fā)電能力。主要內(nèi)容如下:分析了壓電振子的諧振性和不同頻率下的振動(dòng)模態(tài)。壓電振子在不同的振動(dòng)模態(tài)下的應(yīng)變特點(diǎn)及輸出性能是影響電量收集的主要因素之一,通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法得到了不同振動(dòng)模態(tài)下歸一化應(yīng)變與長(zhǎng)度比的關(guān)系曲線。壓電振子在不同的振動(dòng)模態(tài)下,表面銀電極的電荷正負(fù)性質(zhì)會(huì)隨著長(zhǎng)度方向發(fā)生變化,單銀電極的壓電振子會(huì)發(fā)生正負(fù)電荷中和的現(xiàn)象,為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生,需要將銀電極劃分為多段,然后通過(guò)合理的收集電路,將電量收集到儲(chǔ)能電容器中。通過(guò)理論分析,建立了銀電極分段的壓電振子的狀態(tài)空間模型,介紹了三維坐標(biāo)系下?tīng)顟B(tài)空間模型的各種參數(shù),推導(dǎo)出了模型中每段銀電極的輸出電壓計(jì)算公式。介紹了收集電路的四種連接方式,對(duì)于不同分段方式的銀電極要選擇合適的收集電路,可以是兩種或多種收集電路的并聯(lián)或串聯(lián)。通過(guò)公式計(jì)算出了本文實(shí)驗(yàn)用的壓電振子的輸出電壓,并通過(guò)后續(xù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的正確性。通過(guò)對(duì)比三種不同分段方式的銀電極的發(fā)電性能,探明了影響壓電振子輸出功率的因素,為胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)電裝置的優(yōu)化提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。壓電振子是發(fā)電裝置的核心元件,在對(duì)壓電振子進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),其輸出電壓和輸出功率可以作為壓電振子發(fā)電能力的直接評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。第二種分段方式將銀電極按照1:2:3的比例分為三段,輸出功率大大提高,縮短了充電時(shí)間,有效提高了發(fā)電能力。探討了銀電極分為多段的壓電振子從固定端到自由端每段銀電極的輸出電壓的變化趨勢(shì),分為六段、十段、十五段銀電極的變化趨勢(shì)均呈線性規(guī)律,而且第一段銀電極的輸出電壓相差不大,原因是固定端的應(yīng)變很大,應(yīng)變是影響輸出電壓的主要因素,銀電極長(zhǎng)度的影響相對(duì)較弱。將優(yōu)化之后的發(fā)電裝置安裝在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)裝置上,在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相當(dāng)于平坦公路的實(shí)驗(yàn)條件下,壓電發(fā)電裝置仍然能夠產(chǎn)生足夠的電量。因此,采用銀電極分段的方式對(duì)發(fā)電裝置進(jìn)行優(yōu)化是一種有效的提高發(fā)電能力的方法。設(shè)計(jì)了合理的電量收集電路,通過(guò)比較不同儲(chǔ)能元件的性能特點(diǎn),最終選擇了普通電容器作為儲(chǔ)能元件。由于內(nèi)阻會(huì)消耗部分輸出功率,收集電路中需要接入一個(gè)電阻,分析了輸出功率隨外接電阻的變化規(guī)律,當(dāng)外接電阻等于內(nèi)阻時(shí)輸出功率最大,最終通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了輸出功率最大時(shí)外接電阻的大小約等于內(nèi)阻的正確性。
【關(guān)鍵詞】：壓電發(fā)電 銀電極 分段方法 電量收集 胎壓監(jiān)測(cè)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U463.6
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 TPMS的研究背景及意義12-13
• 1.2 TPMS發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)13-14
• 1.2.1 國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 TPMS發(fā)展趨勢(shì)14
• 1.3 TPMS的分類14-17
• 1.3.1 直接式TPMS15-16
• 1.3.2 間接式TPMS16
• 1.3.3 混合式TPMS16-17
• 1.4 壓電發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用范例17-20
• 1.5 本文的研究意義及研究?jī)?nèi)容20-22
• 第2章 壓電振子的發(fā)電理論基礎(chǔ)22-34
• 2.1 壓電材料的分類及性能參數(shù)22-25
• 2.1.1 壓電材料的分類22-23
• 2.1.2 壓電材料的性能參數(shù)23-25
• 2.2 壓電效應(yīng)25
• 2.3 壓電發(fā)電裝置模型的建立及分析25-28
• 2.4 壓電振子簡(jiǎn)介28-31
• 2.4.1 壓電振子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)28-29
• 2.4.2 壓電振子的粘貼制作過(guò)程29-30
• 2.4.3 壓電振子的諧振性30
• 2.4.4 壓電振子表面銀電極的分段方式30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-34
• 第3章 基于銀電極分段方法的理論研究34-50
• 3.1 銀電極分段方法的提出34-36
• 3.2 銀電極分段的幾種方式36-41
• 3.2.1 分段銀電極壓電振子的結(jié)構(gòu)及應(yīng)變特性37-40
• 3.2.2 分段銀電極壓電振子的電路連接方式40-41
• 3.3 銀電極分段方法的理論基礎(chǔ)41-46
• 3.3.1 空間坐標(biāo)下分段銀電極的參數(shù)定義41-44
• 3.3.2 空間坐標(biāo)下的狀態(tài)空間模型的建立44-46
• 3.4 分段銀電極模型輸出電壓的計(jì)算及分析46-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第4章 基于分段方法的壓電發(fā)電實(shí)驗(yàn)研究50-68
• 4.1 包含三段銀電極的壓電振子發(fā)電能力測(cè)試50-56
• 4.1.1 包含三段銀電極的壓電振子發(fā)電實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>51
• 4.1.2 包含三段銀電極的壓電振子發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置51-52
• 4.1.3 包含三段銀電極的壓電振子發(fā)電實(shí)驗(yàn)過(guò)程52-55
• 4.1.4 包含三個(gè)銀電極的壓電振子發(fā)電實(shí)驗(yàn)結(jié)論55-56
• 4.2 按比例分為三段銀電極的輸出電壓實(shí)驗(yàn)56-59
• 4.3 包含多段銀電極的壓電振子發(fā)電能力比較59-64
• 4.3.1 分為六段和十段的銀電極輸出電壓比較59-62
• 4.3.2 分為十段和十五段的銀電極輸出電壓比較62-64
• 4.4 分為更多段銀電極的壓電振子發(fā)電性能分析64-65
• 4.5 本章小結(jié)65-68
• 第5章 模擬實(shí)驗(yàn)與電量收集電路的設(shè)計(jì)68-80
• 5.1 實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)68-73
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置介紹68-71
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果71-73
• 5.2 電量收集電路的設(shè)計(jì)73-78
• 5.2.1 儲(chǔ)能元件的選擇73-76
• 5.2.2 整流電路的選擇76-78
• 5.3 外接電阻對(duì)輸出功率的影響78-79
• 5.4 本章小結(jié)79-80
• 第6章 結(jié)論與展望80-82
• 6.1 本文結(jié)論80-81
• 6.2 研究展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 作者簡(jiǎn)介及科研成果86-88
• 致謝88-89

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1 曾一致;陶紅艷;劉天寶;余成波;王晟;;復(fù)合壓電振子非軸對(duì)稱優(yōu)化[J];四川兵工學(xué)報(bào);2013年05期

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3 任露泉,楊志剛,佟金,曾平;雙彎曲型壓電振子的振動(dòng)解析[J];壓電與聲光;1998年03期

4 張建輝;路計(jì)莊;夏齊霄;王守印;;壓電振子及流體對(duì)泵近場(chǎng)噪聲的影響[J];光學(xué)精密工程;2006年04期

5 張愛(ài)云;何R，

本文編號(hào)：902319