大创2011.3

创业感想

为研究不同应力载荷对压电陶瓷发电能力的影响，本研究设计并制作了一套压电陶瓷发电装置与能力检测系统。通过对人体载荷作用下发电能力的实验研究，找到了压电陶瓷的发电能力与应力载荷之间的定量关系；在此基础上，通过改变载荷的大小,找到了压电陶瓷发电装置发电能力的影响因素；实验分析表明：本装置易于现小型化、集成化以及便携式，在集中载荷便携式充电电池的快速充电与大面积应力载荷集中发电等方面具有广泛的应用前景。

以压电陶瓷作为实验材料，压电陶瓷-高聚物复合材料作为无机压电陶瓷和有机高分子树脂构成的压电复合材料，兼备无机和有机压电材料的性能，具有结构简单，不易受电磁干扰，便于加工制作，且结构易于实现小型化、集成化以及便携式的特性。可以根据需要，综合两项材料的优点，制作性能良好的换能器和传感器，最新的技术已制造出压电系数较以往更大的材料，为今后的压电陶瓷的广泛应用奠定了坚实的基础，因此采用压电陶瓷制作的压电式传感器具有较高的灵敏度，更加利于电能的收集与储存，具有良好的市场前景。本“集中负荷压电陶瓷发电装置”是采用压电陶瓷材料这一无机非金属功能陶瓷新材料制作技术，在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，产生正压电效应；在能量转换方面，利用压电陶瓷将机械能转换成电能的特性、电路设计技术及电力输送技术，利用压电效应，实现机械能和电能互相转换。 1电陶瓷发电装置的样机与实验研究实验装置有发电装置，滤波装置，储能装置以及用电装置构成。发电装置由压电振子构成。压电振子有金属片、压电片组成。在金属表面粘贴压电片，分别从金属片和压电片上引出电极由于人走动产生压力，使得压电振子产生形变，进而引起压电层内应变和应力的变化。根据压电陶瓷的压电效应，在压电片表面会产生电荷，从而产生电压。试验中输入为机械能，输出为电能，由于人走动过程中产生的能量不稳定，压电振子输出的电压不是稳定值，所以用稳压和滤波装置进行整流和滤波。此时输出的电压为稳定值，可以用于储备和应用。由于压电振子在每个振动周期产生的能量很小, 且输出为高电压低电流的交流电。在实验中采取压电陶瓷并联的方式，以获取更大的电流在实际应用中, 为了提高整个系统的能量捕获效率, 往往需要在整流电路和存储介质之间加入不同类型的DC- DC降压增流电路, 通过实验验证, 降压增流电路的加入往往可以使整个系统效率提高一倍以上。 2实验整体设计 2.1电陶瓷所受压力对其发电能力关系研究本次试验，采用直径20mm的压电片作为发电材料，将压电片片作为正极，铜线作为负极，先串联1kΩ的电阻以及发光二极管作为负载，所测电压为负载端电压，实验中，分别以为不同体重的人作为实验对象，对其正常行走时踩压陶瓷产生的电压进行统计和整理，每个实验对象分别进行了100组实验数据的记录，计算出产生电压的平均值和最大值（实验所测得数据皆为输出电压的平均值）。 2.2探究发电效能与压电陶瓷片数关系试验中，为探究压电振子的发电效能，制作了一套利用测量电容充电时间估算压电振子发电效率的装置，装置由整流单元，滤波单元，稳压单元，储能单元组成，储能单元由五个规格为2200μF，35V的电容并联组成。利用整流，滤波，稳压单元对压电振子输出的电能进行降压增流处理，输出为稳定的9V电压。以一个体重为65kg的人作为实验对象，在其正常行走情况下分别测得在不同压电陶瓷片数下电容两端达到稳压电压值所需时间，并进行分析。结论： 1、压电陶瓷产生的开路电压与其受到的压力有关，且在理想状态下，随着压力的增加，开路电压越大。 2、在压力一定的情况下，压电陶瓷装置的发电能力随着片数的增加呈现递增态势。 3.本装置可以将人走动时产生的不可利用的机械能转化为可被利用的电能，产生的电能即可直接用于供电，也可用于储备。而且装置简单，极易安装，成本低，利用率高，不但可以应用于步行街，车站等

人流流动密集区域，而且可以作为便携式电源对手机等小功率的用电器进行充电。也可以安装在一些机械上，利用其工作时的振动为自身充电。

通过这次创业的经历，让我明白一项事业的成功不仅仅只是拥有专业

知识就能够成功的，他需要团队成员的凝聚力，创造力，更需要我们不断地坚持以及面对各种困难。

我们参加了我想我们是勇敢地，我们成功了，我想我们是值得被

肯定的，我们坚持了我想我们是值得骄傲的。我们会一直坚持下去，努力把我们这个研究做好做大！

指导老师：刘晓明

团队负责人：黄翀阳

其他队员：刘玉潇

李洋

褚尧明

孟啸啸