برداشت هیبریدی انرژی محیط توسط مواد پیزوالکتریک و پیروالکتریک

برداشت انرژی از منابع تجدید پذیری همچون خورشید، ارتعاشات مکانیکی، نوسانات حرارتی و مغناطیس در سیستم های میکرو الکترومکانیکی در دهه های اخیر، توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. در میان این منابع انرژی، پیزوالکتریک ها و پیروالکتریک ها به خاطر سادگیِ طراحی و همچنین پیاده سازی، از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. در این پایان نامه روشی نوین در برداشت انرژی معرفی گردیده که از این دو ماده به طور همزمان در برداشت انرژی استفاده می نماید. روش های گوناگون برداشت انرژی تحت شرایط مختلف، مورد تحلیل قرار گرفته و مفاهیم تئوری در هر بخش ارائه گردیده است. این تحلیل ها، بر روی دو ماده ی هوشمند pzt و pmn-0.25pt صورت پذیرفته که از جمله مواد هوشمند پرکاربرد می باشند. در ابتدا با فرض تحت تحریک هم فرکانس قرار گرفتن سیستم، روش های استاندارد، استخراج همزمان، پالس سوئیچینگ سری و موازی، در هر بخش مورد تحلیل قرار گرفته و روابط آن در حالت هیبریدی استخراج گردیده است. سپس نتایج عددی با در نظر گرفتن پارامترهایی مشخص، مورد بررسی قرار گرفته و تأثیر مثبت روش هیبریدی نسبت به حالتی که تنها اثر پیزوالکتریسیته در برداشت انرژی موثر است، نشان داده شده است. نتایج حاکی از آن است که در صورت هارمونیک و هم فرکانس بودن تحریک ها، می توان برای ماده ی pzt و pmn-0.25pt به ترتیب، تا 38% و 53% توان الکتریکی برداشت شده را نسبت به حالتی که تنها اثر پیزوالکتریکی در برداشت انرژی موثر است، افزایش داد. در ادامه مدلی هیبریدی برای برداشت کننده های انرژی پیشنهاد شده؛ و مفهوم و روابط تئوری برای روش پالس سوئیچینگ ارائه گردیده است. روش های مختلف سوئیچ کردن به کمک تکنیک پنجره های لغزان زمانی، همچون سوئیچ کردن روی سیگنال ولتاژ الکتریکی، سیگنال جابجایی مکانیکی و نیز سیگنال نوسانات حرارتی، مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیل های صورت گرفته در شرایط مختلف، با این فرض صورت گرفته که ارتعاشات مکانیکی و نوسانات حرارتی به صورت تصادفی یا هارمونیک با فرکانس های متفاوت، مدل را تحریک می کنند. در هر شرایط کاری، تأثیر مثبت روش هیبریدی برداشت انرژی با حالتی مقایسه شده است که در آن، تنها اثر پیزوالکتریسیته در برداشت انرژی موثر باشد. در بخش دیگرِ این فصل، تأثیر چهار پارامتر موثر در برداشت انرژی: دامنه نیروی ارتعاشی، دامنه نوسانات حرارتی، ضریب وارونگی و میزان مقاومت معادل الکتریکی، بر میزان توان الکتریکی برداشت شده مورد بررسی قرار گرفته است. در انتهای این فصل نیز موثرترین حالت سوئیچ کردن و همچنین مناسب ترین ماده برای برداشت هیبریدی، مشخص گردیده است.