شبیه سازی و طراحی قطعه پیزو الکتریک برداشت کننده انرژی الکتریکی از انرژی صوتی

در پایان نامه حاضر، عملکرد قطعه پیزوالکتریکی برداشت کننده انرژی برای تبدیل انرژی صوتی به انرژی الکتریکی بحث و شبیه سازی شده است. مواد پیزوالکتریک بطور ذاتی قادر هستند ارتعاشات محیط را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. این قطعه با توجه به میزان تنش مکانیکی ناشی از صوت ورودی، ولتاژ الکتریکی تولید می نماید. از پارامترهای موثر در میزان توان خروجی و بازده سیستم می توان به شعاع، ضخامت و نوع ماده مورد استفاده در دیافراگم و خود ماده پیزوالکتریک اشاره کرد. همچنین دما، رطوبت و فشار محیط از جمله پارامترهای محیطی موثر بر عملکرد قطعه می باشند. در این تحقیق، ابتدا یک مبدل آکوستیکی با استفاده از مواد پیزوالکتریک بررسی می شود تا بیانگر چگونگی توزیع فشار در یک دیافراگم باشد. سپس نمونه ای از یک قطعه ی برداشت کننده ی انرژی بدون داشتن تقویت کننده ی ورودی بررسی می شود. در ادامه مدل اصلی استفاده شده برای قطعه ی برداشت کننده ی پیزوالکتریکی در این تحقیق، با سه نوع ماده پیزوالکتریک pzt-5a و pzt-5h و aln شبیه سازی شده است. محاسبه ی توان تولید شده توسط قطعه در دمای ثابت و در دماهای متفاوت نشان داد که توان تولید شده در دمای ثابت برای هرسه ماده مورد استفاده، با افزایش فشار موج صوتی ورودی، افزایش می یابد ولی با افزایش دما در فشار ثابت ورودی، توان خروجی کاهش می یابد. همچنین، مشاهده شد که در صورت استفاده از aln، تغییرات خروجی نسبت به دما محدودتر می شود. در ادامه تاثیر تغییر ضخامت دیافراگم و نوع ماده استفاده شده در آن بر فرکانس تشدید، ولتاژ خروجی و چگالی توان گرفته شده از قطعه بررسی شد و نتایج مورد تحلیل و تفسیر قرار گرفت. قطعه مورد مطالعه در بازه فرکانسی 100 هرتز تا 200کیلو هرتز طراحی شده است که با توجه به کاربردی که از قطعه انتظار می رود، می توان اندازه های مناسب و نوع ماده پیزوالکتریک مطلوب را با توجه به نتایج بدست آمده انتخاب و حداکثر خروجی مطلوب را دریافت نمود. در نهایت یک نمونه از کاربرد نتایج بدست آمده برای طراحی قطعه تولید کننده انرژی الکتریکی از انرژی صوت انسان ارایه شده است.