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研究生:陳品宏
研究生(外文):Pin Hong Chen
論文名稱:壓電材料產能模組系統研究
論文名稱(外文):Research on piezoelectric material product module system
指導教授:黃文玲黃文玲引用關係
指導教授(外文):Wen Ling Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:土木工程與防災科技研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:2-2型壓電材料力轉電之能量轉換壓電發電模組PZT
外文關鍵詞:Piezoelectric materialPM power generator moduleEnergy conversionPZT
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本研究案係針對壓電材料力轉電之能量轉換系統進行實驗研究,使用Md型及Ka型兩種不同PZT片型壓電材料透過元件測試觀察壓電材料之特性,並據以設計多點接觸的發電模組,探討所製作之壓電發電模組效能。
試驗方法是將4片壓電材料並聯,並設計1~3層三種堆疊層數,其厚度分別為2±0.1mm、4±0.1mm與6±0.1mm,探討受不同外力條件下,壓電發電模組之電壓輸出效能。依據試驗數據做迴歸分析推得當壓電材料堆疊層數由1層增加至3層,在0.05Hz低頻受100kgf作用力下,Md型壓電材料將會分別產出9.53伏特、15.97伏特與22.01伏特的電壓,而Ka型壓電材料則會分別產出10.74伏特、19.4伏特與24.3伏特的電壓。實驗結果亦顯示壓電材料電壓效能隨外力輸入頻率不同而有變化,比較本文之試驗數據與依據1KHz高頻測得壓電電壓常數推算之電壓效能,在低頻外力作用下,其電壓效能減少約5成。
This paper aims at the experimental study on the force-electricity conversion system made of the piezoelectric material (PM). Two types of the PZT piezoelectric material, including Md and Ka, were used and a PM power generators were designed and made. The efficiency of the PM power generator was tested.
In the experiments, four pieces of the PM with parallel connection were tested to investigate the efficiency of the PM power generation module system under various compressive loading. Each type of the PM (Md and Ka) was set up with three different layers so that their thickness differed, where 2±0.1mm, 4±0.1mm, and 6±0.1mm were corresponding to 1, 2, and 3 layers, respectively. The regression analysis of testing results reveal that when the PM power generation module system subjecting 100kgf compressive loading with 0.05Hz load frequency, and the thickness increased from 1, 2, to 3 layers, the Md type PM would generate the power with voltages of 9.53, 15.97, and 22.01Volts, respectively. Under the same condition, the results of the Ka type PM power generation module were 10.74, 19.4, and 24.3Volts, respectively. The results also show that the power generation efficiency of PM will increase as the load increased. The power generation efficiency of raw PM is supposed to use at 1000Hz loading frequency. In this study, the PM was tested under low frequency loading condition, range from 0.05Hz~0.75Hz. The experimental result shows that the power generation efficiency will reduce 50% in low frequency when compared to raw PM at high frequency.
中文摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目 錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章、前言 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究內容 2
1.3 研究方法與步驟 2
1.4 論文架構 2
第二章、壓電材料基本介紹與文獻回顧 4
2.1 壓電材料基本介紹 4
2.1.1 常見之壓電材料種類 4
2.2 壓電材料基本特性 5
2.2.1 壓電材料之效應 5
2.2.2 壓電材料基本特性參數 6
2.3 壓電材料研究相關文獻 8
2.4微型能量擷取器相關文獻 10
第三章、壓電材料元件測試與壓電能量擷取電路系統設計 14
3.1 壓電元件試驗 14
3.1.1元件試驗目的 14
3.1.2元件試驗儀器與方法 14
3.1.2元件試驗結果與討論 19
3.2能量擷取電路系統介紹與設計 29
3.2.1全波橋式整流器介紹 29
3.2.2漣波效應定義 32
3.2.3二極體整流與電容濾波測試 34
第四章、壓電材料能量轉換系統設計試驗與應用模擬 41
4.1壓電產能模組設計 41
4.2壓電材料能量轉換系統試驗 41
4.2.1試驗配置與方法 42
4.2.2試驗結果 44
4.3壓電產能模組產能之整流與濾波模擬結果 48
第五章、結論與建議 53
5.1 結論 53
5.2 建議 54
參考文獻 56
附錄A、順向與逆向偏壓介紹 58
附錄B、發電模組試驗與模擬結果(詳細資料) 59
附錄C、壓電材料受預壓力遞減因素 95
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