定质量分数交变气体载荷激励下压电阵列发电机实验

提出一种定质量分数交变气体载荷激励的盘型压电阵列发电机,设计了盘型压电阵列发电机的样机结构并对压电阵列的工作原理进行了分析,理论分析结果表明盘型压电片具有良好的承载能力,适合对具有较高压力的气体能量进行收集,压电发电量是由气体压缩过程中的体积压缩量、压缩速度、供气压力、周期及流量等多种要素共同决定的。对盘型压电片进行了有限元仿真分析,分析结果表明盘型压电片适合对高压气体载荷进行能量收集与转换,压电材料的微小变形就可输出较大的电压。采用外径为12 mm、厚度为0.2 mm的压电单晶片及缸径为63 mm、行程为150 mm的气缸设计了实验样机,利用气动组件来模拟气体环境搭建测试系统。分别调节压力、周期、流量等参数进行了实验测试。实验结果表明,当压力固定时,随着流量的增加峰值电压逐渐升高,盘型压电片并联式具有较好的效果,当5片压电片并联时最佳匹配电阻为3 MΩ且最大的瞬时功率为6.53μW,输出功率可满足低功耗传感器的能量需求。