- Что такое пьезоэлектрический эффект?
- Пьезоэлектрические материалы
- Необходимые компоненты
- Принципиальная схема производства подножки
За последние несколько лет спрос на портативные электронные устройства малой мощности быстро увеличился. И есть очень ограниченные возможности для питания этих небольших портативных электронных устройств, таких как щелочные батареи или солнечная энергия и т. Д. Итак, здесь мы используем другой метод для выработки небольшого количества энергии, который использует пьезоэлектрический датчик. Здесь мы построим Footstep Power Generation Circuit для выработки электроэнергии. Вы можете узнать больше о пьезоэлектрическом эффекте, следуя этой схеме пьезоэлектрического преобразователя.
Что такое пьезоэлектрический эффект?
Пьезоэлектрический эффект - это способность некоторых пьезоэлектрических материалов (таких как кварц, топаз, оксид цинка и т. Д.) Генерировать электрический заряд в ответ на механическое напряжение. Слово «пьезоэлектрический» происходит от греческого слова «пьезеин», которое означает «толкать, сжимать и давить».
Кроме того, пьезоэлектрический эффект обратим, что означает, что когда мы прикладываем механическое напряжение к пьезоэлектрическому материалу, мы получаем некоторый электрический заряд на выходе. И когда мы прикладываем электричество к пьезоэлектрическому материалу, он сжимает или растягивает пьезоэлектрический материал.
Пьезоэлектрический эффект используется в различных приложениях, включая:
- Производство и обнаружение звука
- Генерация высокого напряжения
- Электронная генерация частоты
- Микровесы
- Ультратонкая фокусировка оптических сборок
- Повседневные приложения, такие как зажигалки
Резонатор также использует пьезоэлектрический эффект.
Пьезоэлектрические материалы
Сейчас доступно множество пьезоэлектрических материалов, даже природных и искусственных. Природные пьезоэлектрические материалы включают кварц, тростниковый сахар, соль Рошеля, топаз-турмалин и т. Д. Искусственные пьезоэлектрические материалы включают титанат бария и титанат цирконата. В нижеприведенной таблице представлены некоторые материалы в категории натуральные и синтетические:
|
Натуральный пьезоэлектрический материал |
Синтетический пьезоэлектрический материал |
|
Кварц (наиболее часто используемый) |
Цирконат титанат свинца (PZT) |
|
Рошель Солт |
Оксид цинка (ZnO) |
|
Топаз |
Титанат бария (BaTiO 3) |
|
ТБ-1 |
Пьезоэлектрическая керамика Титанат бария |
|
ТБК-3 |
Титанат бария кальция |
|
Сахароза |
Ортофосфат галлия (GaPO 4) |
|
Сухожилие |
Ниобат калия (KNbO 3) |
|
Шелк |
Свинец титанат (PbTiO 3) |
|
Эмаль |
Литий танталит (LiTaO 3) |
|
Дентин |
Лангасит (La 3 Ga 5 SiO 14) |
|
ДНК |
Вольфрамат натрия (Na 2 WO 3) |
Необходимые компоненты
- Пьезоэлектрический датчик
- LED (синий)
- Диод (1N4007)
- Конденсатор (47 мкФ)
- Резистор (1к)
- Нажать кнопку
- Подключение проводов
- Макетная плата
Принципиальная схема производства подножки
Пьезоэлектрический датчик состоит из пьезоэлектрического материала (кварц-наиболее часто используемый). Он используется для преобразования механического напряжения в электрический заряд. Выход пьезоэлектрического датчика - переменный ток. Нам нужен полный мостовой выпрямитель, чтобы преобразовать его в постоянный ток. Выходное напряжение датчика составляет менее 30 В (размах), вы можете подавать на выход пьезоэлектрического датчика или хранить его в батарее или других запоминающих устройствах. Импеданс пьезоэлектрического датчика составляет менее 500 Ом. Диапазон рабочих температур и температур хранения составляет -20 ° C ~ + 60 ° C и -30 ° C ~ + 70 ° C соответственно.
После подключения в соответствии со схемой пьезоэлектрического датчика, когда мы прикладываем механическое напряжение к пьезоэлектрическому датчику, он генерирует напряжение. Выход пьезоэлектрического датчика находится в форме переменного тока. Для преобразования переменного тока в постоянный мы используем полный мостовой выпрямитель. Выход выпрямителя подключен к конденсатору емкостью 47 мкФ. Напряжение, генерируемое пьезоэлектрическим датчиком, сохраняется в конденсаторе. И, когда кнопка нажата, вся накопленная энергия передается на светодиод, и светодиод включается до тех пор, пока конденсатор не разрядится.
В этой схеме светодиод светится доли секунды. Чтобы увеличить время включения светодиода, вы можете увеличить номинал конденсатора, но для зарядки потребуется больше времени. Даже вы можете подключить несколько пьезоэлектрических датчиков последовательно, чтобы генерировать больше электроэнергии. Кроме того, диод используется для блокировки тока, протекающего от конденсатора к пьезоэлектрическому датчику, а резистор является ограничивающим ток резистором. Светодиод также может быть напрямую подключен к пьезоэлектрическому датчику, но он сразу же выключится, так как не будет конденсатора для удержания тока.
Демонстрационное видео для этой системы производства электроэнергии Foot Step приведено ниже.