基于压力发电材料PZT应急灯供电装置.doc

基于压力发电材料PZT应急灯供电装置.doc基于压力发电材料PZT应急灯供电装置
摘要：随着集成电路技术的快速发展，许多电子 产品，包括应急灯中LED灯珠能耗越来越低，但在能量供给 领域，依然采取着传统的供能方式，即利用化学能电池作为 主要的能量供应装置。虽然化学能电池以方便的特点被广泛 使用，但是其需要经常更换或充电、材料浪费、污染环境、 回收困难等问题也日益突出。本文将通过研究发电的原理来 开发一种基于PZT的新型应急发电装置。
关键词：压力发电；PZT陶瓷；应急供电
为了安全起见对消防应急灯的要求很高，但目前应急灯 的主要部件电池都有使用寿命短且维修费用高的缺点。为此 就需要研发新型的应急供电装置来解决这样的问题。
压电材料在外力作用下可以产生电荷（或电压），所产 生的电能可以被直接利用制作电子打火机、煤气点火器等， 但将这部分电荷收集、储存起来用作驱动微功率电器的电源 的研究近年来才刚刚开始。压电发电装置的优点在于结构简 单、不发热、无电磁干扰、易于加工制作和实现结构上的小 型化、集成化等，具有十分广阔的应用前景。因此可以利用 压电材料收集环境中的能量，将其转换成电能替代电池为这 些微电子产品供电。
目前已知的压电材料有几十种，早期发现的压电材料主 要是石英和电气石等一些单晶材料，以后发现了罗息盐等类 铁电体以及一些生物体也具有压电性，不过这些早期的压电 材料很难满足工业应用的要求，限制了压电技术的发展钛酸 «（BaTiO3）陶瓷的发现促进了压电材料的发展，它不但使 压电材料从一些单晶体材料发展到压电陶瓷等多晶体材料， 而且在压电性能上也有了大幅度提高但钛酸领的压电性随 温度和时间的变化比石英晶体大，而压电性又比罗息盐弱， 不能满足广泛的应用需求。到目前，PZT系陶瓷几乎已完全 取代了之前的压电材料。压电陶瓷最大的特性是具有压电 性，包括正压电性和逆压电性。实验表明，在低功率共振下, 即使长时间振动，压电陶瓷性能始终不变，所以能够满足应 急灯系统的供电需要。
通常压电装置的支撑有悬臂式、周边简支、周边固支、 简支梁式。但由于在相同的外载荷下悬臂梁结构能够产生更 大的变形和应变，且悬臂梁结构具有更低的共振频率，因此 在装置中采用悬臂梁的支撑方式更合适。另一方面基于压电 陶瓷的振动能量捕获技术的发电量较小，单层压电陶瓷结构 难以满足应急灯照明的供电要求，为了提高产生的电量，并 减少压电发电装置的体积，常把压电陶瓷并联或串联起来以 构成双层压电振子。本篇采用的是串联双层压电振子。
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