从过去几年开始,对低功耗电子便携式设备的需求迅速增加。而且为这些小型便携式电子设备(如碱性电池或太阳能等)供电的选择非常有限。所以在这里我们使用一种不同的方法来产生少量的功率,它使用压电传感器。在这里,我们将建立脚步发电电路来发电。
什么是压电效应?
压电效应是一些压电材料(如石英、黄玉、氧化锌等)产生电荷以反馈机械应力的能力。“压电”一词源自希腊语“piezein”,意思是推动、挤压和按压。
此外,压电效应是可逆的,这意味着当我们对压电材料施加机械应力时,我们会在输出端接收一些电荷。而且,当我们向压电材料通电时,它会压缩或拉伸压电材料。
压电效应用于各种应用,包括
声音的产生和检测
产生高压
电子频率生成
微量天平
光学组件的超精细聚焦
日常应用,如打火机
压电材料
现在有许多压电材料可用,甚至是天然的和人造的。天然压电材料包括石英、蔗糖、罗谢尔盐、黄玉碧玺等。人造压电材料包括钛酸钡和钛酸锆酸盐。下表中给出了天然和合成类别中的一些材料:
天然压电材料 | 合成压电材料 |
石英(最常用的) | 钛酸锆酸铅 |
罗谢尔盐 | 氧化锌 |
黄玉 | 钛酸钡(BaTiO3) |
TB-1 | 压电陶瓷钛酸钡 |
TBK-3 | 钛酸钙 |
蔗糖 | 正镓(GaPO4) |
肌腱 | 铌酸钾(KNbO3) |
丝绸 | 钛酸铅(PbTiO3) |
搪瓷 | 钽铁矿锂(LiTaO3) |
牙本质 | 兰加石(拉3加语5二氧化硅14) |
脱氧核糖核酸 | 钨酸钠(Na2窝3) |
所需组件
压电传感器
指示灯(蓝色)
二极管 (1N4007)
电容器 (47uF)
电阻器 (1k)
按钮
连接线
面包板
脚步发电电路图
压电传感器由压电材料(最常用的石英)组成。它用于将机械应力转换为电荷。压电传感器的输出是交流电。我们需要一个全桥整流器将其转换为直流电。传感器的输出电压小于30Vp-p,可以将压电传感器的输出馈入或将其存储到电池或其他存储设备中。压电传感器的阻抗小于500欧姆。工作和储存温度范围分别为-20°C~+60°C和-30°C~+70°C。
按照压电传感器电路图进行连接后,当我们向压电传感器提供机械应力时,它会产生电压。压电传感器的输出为交流形式。为了将其从交流转换为直流,我们使用全桥整流器。整流器的输出连接在一个47uF电容上。压电传感器产生的电压存储在电容器中。而且,当按下按钮时,所有存储的能量都转移到 LED,LED 打开,直到电容器放电。
在该电路中,LED发光几分之一秒。要增加LED的导通时间,您可以提高电容器额定值,但充电需要更多时间。甚至,您可以串联更多的压电传感器以产生更多的电能。此外,二极管用于阻止电流从电容器流向压电传感器,电阻器是限流电阻器。LED也可以直接连接到压电传感器,但由于没有电容器来保持电流,它会在一瞬间关闭。
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