压电俘能器遥控电子锁的设计

论文摘要

长久以来,为无线装置供电的来源为传统电池,但是传统电池体积大,如果回收不当还会造成严重的环境污染。随着电子产品集成化和无线电技术的发展,人们开始寻找新型的供能装置,微功率电子产品的各种微型发电装置的研究已经成为了热点。例如车载遥控电子锁,传统的供电装置是纽扣电池。本文研究了压电陶瓷的能量转换和电能存储特性,设计制作了不同形式的压电发电装置,在此基础上设计了压电自供电型遥控电子锁,即压电俘能器遥控电子锁。并对该系统进行了试验测试。主要的研究内容如下：1.通过对压电材料及压电振子的特性分析,根据正压电效应理论,选择适合于压电发电装置的压电陶瓷材料。研究不同压电材料的压电性能,学习压电振子的制作技术,研究发电装置集成化、小型化的设计方法。2.设计制作不同类型的发电装置。设计悬臂梁式单晶压电振子,悬臂梁式双晶串联压电振子,悬臂梁式双晶并联压电振子,四个压电振子混合串并联等发电装置。优化压电振子结构参数,以提高能量转换效率。3.设计压电发电装置直接与外部负载相连,以及经整流滤波后再与负载相连的两种实体模型,建立压电发电装置输出功率的实体模型,并对两种实体模型进行分析比较。4.分别就手动产生的附加质量块的自由振动和强制振动两种激励条件进行试验,以钽电容和镍氢可充电电池为存储介质进行了压电发电能量的存储特性研究,并比较各种存储方式的优缺点以及使用场合。5.设计出遥控电子锁的无线发射电路。6.确定了适合于汽车遥控电子锁的压电发电装置,并与无线发射装置连接在一起进行实体试验。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 压电发电装置的国外研究现状
• 1.2.1 压电发电装置的国外研究现状及应用
• 1.2.2 压电发电装置的国内研究现状
• 1.3 选题的意义
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 压电俘能器基础理论分析
• 2.1 压电材料
• 2.2 压电效应
• 2.3 压电陶瓷材料的性能参数
• 2.4 压电方程
• 2.5 本章小结
• 第三章 压电振子
• 3.1 压电振子
• 3.2 压电振子的振动模式
• 3.3 压电振子的谐振
• 3.4 压电陶瓷的等效电路
• 3.5 压电振子的激励方式
• 3.5.1 强制振动式
• 3.5.2 冲击自由振动式
• 3.5.3 惯性振动式
• 3.6 压电振子的支撑方式
• 3.6.1 悬臂梁支撑
• 3.6.2 自由边界支撑
• 3.6.3 简支支撑
• 3.6.4 周边固定支撑
• 3.7 压电陶瓷的联接方式
• 3.7.1 压电陶瓷的串联
• 3.7.2 压电陶瓷的并联
• 3.8 悬臂梁式压电振子的理论特性分析
• 3.8.1 悬臂梁式压电振子的电压输出特性分析
• 3.8.2 悬臂梁式压电振子的电荷输出特性分析
• 3.9 压电陶瓷的最佳粘贴位置
• 3.10 压电振子的外形尺寸设计
• 3.11 本章小结
• 第四章 压电振子的制作及实验
• 4.1 压电陶瓷材料和基板的选择
• 4.1.1 压电陶瓷材料的选择
• 4.1.2 基板的选择
• 4.1.3 压电陶瓷片和基板的粘接
• 4.1.4 压电振子的制作
• 4.2 悬臂梁式压电振子的结构设计和实验分析
• 4.2.1 附加重物的复合压电振子实验分析
• 4.2.2 强制振动式压电振子的实验分析
• 4.3 悬臂粱式压电振子串并联时的电压输出特性
• 4.3.1 串联压电振子试验结果及分析
• 4.3.2 并联压电振子实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 压电俘能器遥控电子锁的设计
• 5.1 无线发射装置的设计
• 5.1.1 发射模块的选取
• 5.1.2 发射模块的原理图
• 5.1.3 遥控电子锁原理图
• 5.2 无线发射装置的系统要求
• 5.3 储能装置
• 5.3.1 利用电容做储能元件
• 5.3.2 利用可充电电池做储能元件
• 5.4 压电俘能器的结构设计
• 5.4.1 总体设计思路
• 5.4.2 压电振子接入电路的波形图及分析
• 5.5 转换效率计算
• 5.5.1 单一压电振子转换效率计算
• 5.5.2 压电俘能器遥控电子锁转换效率计算
• 5.5.3 转换效率计算小结
• 5.6 压电俘能器遥控电子锁的测试
• 5.6.1 利用电容做储能装置的测试
• 5.6.2 利用镍氢可充电电池做储能装置的测试
• 5.6.3 两种储能方式的比较
• 5.7 系统优化及展望
• 5.8 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文