一種基于PVDF的雙發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

　　在國家和社會，近年來的工作重心之一，便是節(jié)能減排了。如何合理利用資源、有效保護(hù)資源，是每一個(gè)人義不容辭的社會責(zé)任。而當(dāng)前節(jié)能減排的重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)技術(shù)節(jié)能，由于壓電材料具有優(yōu)良的特性，國內(nèi)外對壓電材料的研究較多。因?qū)弘?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/發(fā)電">發(fā)電技術(shù)的研究較少，故壓電發(fā)電技術(shù)必將成為未來的發(fā)展趨勢，然而壓電材料具有產(chǎn)生電量少，且不連續(xù)等難題，本研究為解決此難題，把壓電材料發(fā)電技術(shù)與無線傳感器結(jié)合，監(jiān)測壓電材料振動以使其振動能量的儲存達(dá)到最大化，實(shí)現(xiàn)發(fā)電，為節(jié)能減排作出重大的貢獻(xiàn)。

　　1 整體方案設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)

　　首先設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體工作流程圖，以便為設(shè)計(jì)思路提供理論上的依據(jù)，以保障系統(tǒng)高效、有序地實(shí)施。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

　　1.2 系統(tǒng)發(fā)電的工作原理

　　充分利用日常生活中普遍存在的運(yùn)動壓力和空氣壓力雙作用于壓電材料PVDF,由其壓電效應(yīng)便可快捷地產(chǎn)生電荷。一方面通過運(yùn)動壓力擠壓壓電材料PVDF，進(jìn)行一次發(fā)電；另一方面利用活塞連桿裝置壓縮空氣，作用于PVDF,產(chǎn)生的壓力進(jìn)行二次發(fā)電，大大地提高壓電材料的發(fā)電效率。然后通過超低輸入升壓電路，可對外輸出較高電壓，再通過儲能電路，形成穩(wěn)定的電壓對可充電電池充電，最后由密排電池組集中對外供電。

　　1.3 系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　在公路路面下鋪設(shè)一段壓電材料聚偏氟乙烯（PVDF）或是直接的壓電材料路面，壓電材料通過防壓彈簧進(jìn)行復(fù)位與保護(hù)。由于壓電材料具有很好的絕緣性，故在其表面鍍一層金屬層，然后接引線，便于將系統(tǒng)產(chǎn)生的電荷導(dǎo)出。此外，相鄰的四塊壓電應(yīng)變片通過無線傳感器，進(jìn)行高效、迅速的實(shí)時(shí)監(jiān)測，便于電能的實(shí)時(shí)收集。壓電材料膜片下接活塞壓縮缸，即為空氣壓縮系統(tǒng)部分；壓縮缸下面安裝有薄膜氣缸，壓縮空氣進(jìn)入薄膜氣缸作用于壓電材料，此為二次發(fā)電部分。系統(tǒng)主體部分的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主體部分結(jié)構(gòu)圖