基于激光器的新型电容式换能器的研究

发布时间：2020-04-11 14:05

【摘要】：在如今日新月异的时代,电子设备的需求越来越大,在日常生活中,人们的手机,MP3,MP4等数码设备需要不断电能支持。然而,日常生活中,人们使用的最多是充电宝,虽然可以持续供电,但电容量有限,电量不能持续不断的供给;不仅如此,持续的电能供现代信息化单兵系统使用或用于其它单兵电子设备的驱动的作用显得非常重要。因此我们需要一个可持续不断供电的发电装置。新型电容式换能器主要通过改变可变电容的电介质来改变容值,实现机械能转换为电能。电容式换能器具有结构简洁,生产制造方便等特点,因此具有很高的研究价值。本文首先介绍了电容换能器的结构特征,通过改变上下极板之间的距离来改变电容的容值,从而达到换能的效果。根据传统的电容器装置的限制,我们对新型电容式换能器进行了研究,不仅打破了传统电容的电介质无法变化的条件,而且在工艺得当的时候,将玻璃管做薄,再次提高了能量转换的效应。新型电容式换能器主要利用液态金属镓铟锡在酒精中不产生浸润现象,从而使液态金属作为流动的电介质,在玻璃管外焊镀电极片,由液态金属,焊镀电极片的玻璃管,以及酒精构成了新型电容式换能器,并且通过理论分析,我们确定了两个影响电容器能量转换的因素。用matlab软件编写程序模拟在外界压强作用于电解液后,液态金属在玻璃管内移动时,可变电容的容值以及电压值的变化,计算出可变电容能量的输出。为下一章有限元分析做出理论分析。紧接着主要讲述了运用ANSYS有限元软件对新型电容式换能器进行电场分析。我们对新型电容式换能器进行了有限元建模,分别进行了在液态金属完全与上下电极板重合时可变电容的电场,电势分析以及液态金属与上下电极板完全偏离时可变电容的电场,电势分析。同时分别改变两个影响电容能量转换的因素,通过有限元的输出结果与理论公式计算结果进行比较,验证了理论分析的正确性。最后针对新型电容式换能器的设计,我们设计了利用激光器,光敏电阻模块,以及单片机组成了的自动充放电系统。利用激光器的光束细且能量高,精准高等特点以及光敏电阻遇光时的阻值特性,通过光敏电阻模块给单片机输出高低电平,来自动对可变电容进行充放电。当光敏电阻接受到激光信号,光敏电阻模块输出高电平,三极管导通,从而控制外接电源对可变电容的充电;当光敏电阻接受到激光信号,光敏电阻模块输出低电平,三极管截止,从而控制外接电源与可变电容无法构成回路,则无法的充电。放电系统同样运用光敏电阻模块给单片机输出高低电平,当光敏电阻接受到激光信号,光敏电阻模块输出高电平,放电电路三极管截止,放电电路不构成回路,不对电容的电量进行收集;当光敏电阻接受到激光信号,光敏电阻模块输出低电平,放电电路三极管导通,放电电路与可变电容构成回路,对可变电容的电量进行收集。最后,我们结合上面的计算与仿真做出总结和展望。
【图文】：

中国计量大学硕士学位论文的能量密度高。美国陆军已资助基于介电弹性体的足底发电研究，发展代替电池的辅助电源。正在开发的设备在正常行走时，可以产生 1 W 的功率。媒体麻省理工学院的实验室还开发了另一个从脚部压力提取能源的技术：电磁发生器。电磁发生器被安装在鞋外。其原型设计在 10Ω负载下平均输出功率 0.23W。如图 1-1 所示：

图 1-1 膝部发电机发电装置niversity 的 J. M. Donelan 研制了上图所示的发和微型发电机，输出功率 7.0±0.7W，，但同时要使公司研制的“发电鞋”，如图 1-2 所示，行人可装有水和一个小型发电机。人们穿着这种鞋子行，带动发电机发电。“发电鞋”的发电功率为 1以使音乐播放器运转。研究人员正努力把发电功电。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248;TB552

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本文编号：2623677