實驗名稱：安裝在激振器上的俘能器實(shi)驗(yan)

　　研究方向：壓(ya)(ya)電(dian)式俘能(neng)(neng)器(qi)(qi)是一種基于(yu)(yu)正壓(ya)(ya)電(dian)效(xiao)應的能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)收集技(ji)術，具有(you)結(jie)(jie)(jie)構(gou)簡單(dan)、使用簡便(bian),能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)密度高(gao)和不(bu)易受(shou)電(dian)磁干擾的優點(dian)，近年來受(shou)到國內外眾多學(xue)者關(guan)注，逐漸(jian)成為振(zhen)動能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)收集和自供電(dian)式無線傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)節點(dian)領域研究(jiu)熱(re)點(dian)。壓(ya)(ya)電(dian)俘能(neng)(neng)器(qi)(qi)結(jie)(jie)(jie)構(gou)較多，主要有(you)懸(xuan)臂結(jie)(jie)(jie)構(gou)、疊堆結(jie)(jie)(jie)構(gou)、多方向結(jie)(jie)(jie)構(gou)、復合結(jie)(jie)(jie)構(gou)等，根據(ju)不(bu)同(tong)(tong)的環境振(zhen)動條件(jian)可以選擇不(bu)同(tong)(tong)結(jie)(jie)(jie)構(gou)的壓(ya)(ya)電(dian)俘能(neng)(neng)器(qi)(qi)進行能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)收集。壓(ya)(ya)電(dian)俘能(neng)(neng)器(qi)(qi)材料(liao)方面，聚(ju)偏(pian)二氟乙(yi)烯(xi)(PVDF)是一種柔性(xing)材料(liao)薄膜(mo)，可用于(yu)(yu)制作(zuo)柔性(xing)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)和俘能(neng)(neng)器(qi)(qi)：錯酸鉛(qian)(PZT)壓(ya)(ya)電(dian)陶瓷材料(liao)具有(you)能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)轉換效(xiao)率高(gao)的優點(dian)，適用于(yu)(yu)機械(xie)振(zhen)動能(neng)(neng)量(liang)(liang)(liang)收集。

　　實驗目的：研(yan)究復(fu)合俘(fu)(fu)能器參(can)數對(dui)俘(fu)(fu)能電(dian)壓和(he)功率(lv)的影響，并介紹復(fu)合俘(fu)(fu)能器結構參(can)數辨識方法(fa)，為(wei)復(fu)合俘(fu)(fu)能器在(zai)實際振動環(huan)境(jing)中電(dian)壓和(he)功率(lv)的預測(ce)起(qi)參(can)考作用。

　　測試設備：復(fu)合(he)俘(fu)能(neng)器(qi)(qi)，信號發生器(qi)(qi)，ATA-4315高壓功率放大(da)器(qi)(qi)，電荷放大(da)器(qi)(qi)，激振器(qi)(qi)，加速計，示(shi)波(bo)器(qi)(qi)。

　　實驗(yan)過(guo)程：實驗(yan)裝(zhuang)置原理(li)圖(tu)如下圖(tu)所(suo)示(shi)(shi)：信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)器(qi)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)一(yi)個正弦電壓(ya)(ya)函數信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)，正弦信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)經過(guo)功(gong)率放大器(qi)放大后輸入電動(dong)(dong)(dong)式(shi)激(ji)振器(qi)內，激(ji)振器(qi)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)(sheng)一(yi)個正弦振動(dong)(dong)(dong)，加速(su)度(du)計和(he)俘能(neng)器(qi)安裝(zhuang)在激(ji)振器(qi)上(shang)，隨著(zhu)激(ji)振器(qi)的(de)振動(dong)(dong)(dong)會(hui)產(chan)生(sheng)(sheng)一(yi)個正弦電壓(ya)(ya)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)，加速(su)度(du)計電壓(ya)(ya)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)經電荷放大器(qi)放大后輸入示(shi)(shi)波器(qi)進行顯(xian)示(shi)(shi)，俘能(neng)器(qi)產(chan)生(sheng)(sheng)電壓(ya)(ya)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)直接送入示(shi)(shi)波器(qi)顯(xian)示(shi)(shi)，從示(shi)(shi)波器(qi)中(zhong)可以讀出(chu)激(ji)振器(qi)的(de)振動(dong)(dong)(dong)加速(su)度(du)和(he)俘能(neng)器(qi)開路電壓(ya)(ya)。

圖：實驗裝置圖

　　將加(jia)速度傳感器(qi)(qi)(qi)使用502膠(jiao)水粘接(jie)在(zai)激(ji)振臺上，將俘(fu)能器(qi)(qi)(qi)安裝在(zai)激(ji)振臺上，實驗裝置用到(dao)的儀器(qi)(qi)(qi)設備(bei)為：激(ji)振器(qi)(qi)(qi)和壓電(dian)式加(jia)速度傳感器(qi)(qi)(qi)、示波器(qi)(qi)(qi)、信號發生器(qi)(qi)(qi)、ATA-4315高壓功率(lv)放大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)、電(dian)荷放大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)等。

　　實驗結果：為了研究壓電(dian)蜂(feng)(feng)鳴(ming)片在復合俘能(neng)器(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)作用，使用頂端質量塊相同的(de)(de)#2、#5能(neng)器(qi)(qi)作為實驗對象(xiang)，分別(bie)測量有蜂(feng)(feng)鳴(ming)片的(de)(de)#2能(neng)器(qi)(qi)和無(wu)蜂(feng)(feng)鳴(ming)片的(de)(de)#5能(neng)器(qi)(qi)疊堆電(dian)壓的(de)(de)頻(pin)(pin)率特性。如圖4.6所示，分別(bie)將(jiang)#2和#5能(neng)器(qi)(qi)安裝(zhuang)在激(ji)振器(qi)(qi)上，函數(shu)信號(hao)發生(sheng)器(qi)(qi)輸出幅(fu)值為4V的(de)(de)正弦電(dian)壓信號(hao)，功放放大(da)倍數(shu)不(bu)變(F不(bu)變)，采用15~4000H的(de)(de)激(ji)勵(li)頻(pin)(pin)率對兩(liang)個俘能(neng)器(qi)(qi)進(jin)行振動激(ji)勵(li)，得(de)到兩(liang)個俘能(neng)器(qi)(qi)中(zhong)疊堆的(de)(de)開路電(dian)壓頻(pin)(pin)響(xiang)曲線(xian)，如圖4.7所示。

　　頂端質量相同條(tiao)件下，無蜂(feng)(feng)鳴(ming)片的(de)#5俘(fu)能(neng)(neng)器在3270Hz處諧(xie)振(zhen)此時疊(die)(die)堆(dui)(dui)輸出電壓(ya)僅為(wei)(wei)1V,如此高(gao)(gao)的(de)振(zhen)動頻率(lv)(lv)在環境中是(shi)難以(yi)達到的(de),在低頻振(zhen)動下,有蜂(feng)(feng)鳴(ming)片的(de)#2俘(fu)能(neng)(neng)器在144Hz處有個明(ming)顯(xian)的(de)峰值，表明(ming)發生了(le)諧(xie)振(zhen)，在144Hz處#2、#5俘(fu)能(neng)(neng)器中疊(die)(die)堆(dui)(dui)電壓(ya)分別為(wei)(wei)3.86V、0.3V，#2中疊(die)(die)堆(dui)(dui)電壓(ya)約為(wei)(wei)#5的(de)13倍，根據公式表明(ming)#2中疊(die)(die)堆(dui)(dui)電壓(ya)受力大(da)小為(wei)(wei)#5中疊(die)(die)堆(dui)(dui)的(de)13倍，蜂(feng)(feng)鳴(ming)片起(qi)到了(le)放大(da)疊(die)(die)堆(dui)(dui)受力的(de)作用，由于疊(die)(die)堆(dui)(dui)電容(rong)不變，#2能(neng)(neng)器疊(die)(die)每(mei)次收(shou)集的(de)能(neng)(neng)量是(shi)5能(neng)(neng)器的(de)169倍，達到了(le)提高(gao)(gao)疊(die)(die)堆(dui)(dui)俘(fu)能(neng)(neng)器功(gong)率(lv)(lv)的(de)效果。

　　圖：ATA-4315高壓功率放大器指標參數

　　本(ben)文(wen)實驗(yan)(yan)素材由(you)西(xi)安安泰(tai)電(dian)子整理發(fa)布，如想(xiang)了解更多實驗(yan)(yan)方案(an)，請持續(xu)關注安泰(tai)官網hkdyw.cn。Aigtek是國(guo)內專業從事測量儀(yi)器(qi)研發(fa)、生產和銷(xiao)售的高科技企業，一直專注于高壓(ya)放(fang)大器(qi)、電(dian)壓(ya)放(fang)大器(qi)、功率(lv)放(fang)大模塊、高精度電(dian)流源(yuan)等測試儀(yi)器(qi)產品的研發(fa)與制造。