壓電元件產(chǎn)生的電荷是瞬間和交替的，是以不規(guī)則的隨機(jī)突發(fā)形式提供能量，而且在電能提取過程中具有阻尼效應(yīng)。當(dāng)振動(dòng)能傳遞到壓電材料時(shí)，由于壓電材料內(nèi)部電阻太大(相當(dāng)于斷路)或電阻太小(相當(dāng)于短路)時(shí)，產(chǎn)生的電能未消失，會(huì)再次轉(zhuǎn)化為振動(dòng)能;重復(fù)這種過程，振動(dòng)衰減會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。所積聚起來的電荷阻礙電荷的進(jìn)一步生成，因此必須先在一個(gè)超級(jí)電容器中積累足夠的能量，然后通過轉(zhuǎn)換電路將能量?jī)?chǔ)存于電池中。

　　本系統(tǒng)采用MAX1811作為主控芯片設(shè)計(jì)電路對(duì)可充電電池進(jìn)行電能收集。MAX1811體積小，尺寸為5.00mm?6.20mm?1.35mm,它是一種高集成度電池充電器，所需外圍元件很少，易于控制電路體積，而且，它可以用于鋰電池充電。

　　MAX1811有兩個(gè)設(shè)置端，其中SELV設(shè)置為高時(shí)，對(duì)電池的最終充電電壓為4.2V;設(shè)置為低時(shí)，最終充電電壓為4.1V,可適應(yīng)不同最終充電電壓的鋰電池，MAX1811最終充電電壓的精度可達(dá)到0.5%,能安全地對(duì)電池進(jìn)行充電。另一個(gè)設(shè)置端是SELI,開關(guān)K閉合設(shè)置成高時(shí)，充電電流為500mA,適用于高功率的端口(4.75~5.25V,500mA);開關(guān)斷開為低電平時(shí)，充電電流為100mA,適用于低功率端口(4.40~5.25V,100mA)，CHG一端在充電期間為低電平，可連接一只發(fā)光二極管作充電指示。

　　壓電材料振動(dòng)得到的交流電電壓大約為1V,通過升壓電路后電容電壓達(dá)到MAX1811充電控制端輸入電壓要求，電路開始工作。MAX1811的各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

　　4 發(fā)電系統(tǒng)測(cè)試流程設(shè)計(jì)

　　壓電發(fā)電裝置及試驗(yàn)系統(tǒng)從主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)到軟件編程組建了一套完整的壓電材料發(fā)電能力的試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，這為接下來要進(jìn)行的對(duì)壓電材料發(fā)電性能參數(shù)的測(cè)定提供了平臺(tái)，并且為研究外界激勵(lì)的頻率、振幅對(duì)壓電材料發(fā)電產(chǎn)生電壓、電荷量大小的影響提供了分析測(cè)試基礎(chǔ)。

　　測(cè)試系統(tǒng)的工作原理為：由功率放大器和高能激振器組成的信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)頻率及振幅可調(diào)的正弦激勵(lì)，為以壓電材料為主體的結(jié)構(gòu)提供激勵(lì)源。經(jīng)霍爾位移傳感器和電荷放大器分別檢測(cè)壓電材料變形量和壓電材料變形所產(chǎn)生的電荷量，并用圖6測(cè)試系統(tǒng)工作框圖電阻分壓的方法把壓電材料產(chǎn)生的輸出電壓調(diào)整到采集卡允許的輸入電壓范圍。然后使用數(shù)據(jù)采集卡對(duì)三路信號(hào)進(jìn)行采集，最后利用采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理等。

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　　5 結(jié)語

　　設(shè)計(jì)制作了簡(jiǎn)易的壓電發(fā)電裝置樣機(jī)，對(duì)影響壓電振子發(fā)電能力的因素進(jìn)行了試驗(yàn)分析，同時(shí)測(cè)試了壓電發(fā)電裝置的發(fā)電性能和能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力。

　　由于壓電發(fā)電具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此在壓電發(fā)電領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

　　從壓電能量在點(diǎn)火裝置、傳感器和光電測(cè)試儀等設(shè)備中的應(yīng)用，到壓電能量的大量捕獲、存儲(chǔ)，甚至利用壓電技術(shù)發(fā)電，這是壓電能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。根據(jù)實(shí)際振動(dòng)環(huán)境和條件，選擇更優(yōu)化的結(jié)構(gòu)配置、壓電振子材料和幾何參數(shù)，以及高效的能量轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)電路是提高振動(dòng)能量捕獲量和捕獲效率的必要途徑，也是壓電發(fā)電技術(shù)要發(fā)展成熟必須要解決的難題。