برداشت انرژی ارتعاشی محیط توسط مواد پیزوالکتریک و مگنتواستریکتیو به روش انرژی کرنشی

تحقیقات سال های اخیربه این سمت بوده که سیستم های میکرو الکترو مکانیکی را به صورت سیستم هایی بی سیم گسترش دهند به طوری که بتوانند انرژی مصرفی شان را از محیط دریافت نمایند. این منابع انرژی نامحدود همواره در اطراف ما وجود دارند و از جمله ی آن ها ارتعاشات مکانیکی است که در این پروژه به طور خاص مورد بررسی قرارگرفته و روش انرژی کرنشی در برداشت انرژی از ارتعاشات توسط مواد پیزو الکتریک و مگنتواستریکتیو معرفی شده است. مواد پیزو الکتریک، توانایی تولید ولتاژ در پاسخ به اعمال تنش مکانیکی و بالعکس را دارند و مواد مگنتو استریکتیو وقتی تحت کرنش قرار می گیرند، خاصیت مغناطیسی آن ها تغییر می کند. این مواد در کنترل ارتعاشات سازه های مختلف و جهت برداشت انرژی آن ها بصورت الکتریکی برای مصرف در شبکه ی حسگرهای بی سیم، سیستم های میکروالکترونیکی خودتغذیه، تجهیزات پزشکی قابل کاشت، دستگاه های پایش سلامت، شارژ باتری های قابل شارژ و غیره به کار می رود. مدل بررسی شده در این پروژه، تیر یکسر گیرداری است که با شتاب هارمونیک در تکیه گاه ارتعاش می کند و در سه حالت تیر با لایه ی پیزوالکتریک، با لایه ی مت گلاس و بالایه ی هیبریدی پیزوالکتریک و مت گلاس، بر پایه ی تیر اولر برنولی آنالیز شده است. نوع ماده ی پیزوالکتریک به کار رفته،(p-7) و نوع ماده ی مگنتو استریکتیو، مت گلاس(metglas 2605c) می باشد. تحلیل برای سه تیر فولادی، آلومینیمی و مسی انجام گرفته است. برای مدل، روابط انرژی کرنشی بدست آمده و از ترکیب آن با معادلات ساختاری پیزوالکتریک و مت گلاس، رابطه ی ولتاژ تولیدی استخراج شده است. ولتاژ تولید شده در مدار استاندارد (ac)معادل، اعمال و توان موثر، در هر سه حالت تیر با لایه ی پیزو، بالایه ی مت گلاس و با لایه ی هیبرید پیزو و مت گلاس به دست آمده و در پایان، مطالعه ی پارامتری برای بهینه سازی مقادیر ولتاژ و توان انجام و در تمامی حالات مقایسه شده است. ماکزیمم ولتاژ تولیدی و توان موثر برای تیر فولادی با لایه ی هیبریدی پیزو الکتریک و مت گلاس و در فرکانس طبیعی اول، به ترتیب 3.13 ولت و 130 میلی وات به دست آمده است.