压电自供电无线遥控器的研究

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遥控器已成为现代生活不可或缺的便携式电子产品,除了广泛用于家电控制外,在汽车、工业及军事领域的仪器设备上也被普遍采用。现有的遥控器都是由电池供电,电能耗尽时无法实现电器/仪器设备的有效控制、甚至引发安全事故;电池生产及废弃电池还会造成大量的资源浪费和环境污染。因此,人们提出了基于不同发电原理(太阳能、电磁、压电等)供电的无电池遥控器,其中,压电材料优良的机电耦合特性使其成为自供电遥控器的理想电源。针对现有压电发电装置供电能力有限、现有商品遥控器发射功耗过高的现状,本文以提高发电量、降低发射系统功耗为目的,从理论及试验两方面进行了压电自供电无线遥控器研究,具体内容如下:1.运用力学及压电学等相关知识,对悬臂梁、简支梁压电发电装置进行理论建模与数值仿真,分析了压电发电装置的可靠性及其发电特性与结构参数/性能参数、所受外力之间的关系。2.提出了一种等应力悬臂梁压电发电装置(CSPCG),对其进行理论建模,推导出了压电振子沿着等半径圆弧约束弯曲时的开路电压、电量和电能的表达式,利用MATLAB数值计算和图形工具分析悬臂梁和等应力两种压电发电装置的电能比、极限应力比、末端位移比与压电振子结构/性能参数之间的关系。由分析结果可知,杨氏模量比和厚度比是影响压电发电量的两个关键因素,合理的杨氏模量比和厚度比能够提高装置的发电特性;同等条件下,等应力压电发电装置比悬臂梁压电发电装置具有更高的可靠性和更优越的发电特性。对等应力压电发电装置进行了试验研究,分析其开路电压与圆弧约束半径、压电振子厚度比之间的关系,验证了等应力压电发电装置相关理论的正确性。3.对悬臂梁压电振子进行了频率特性分析,包括压电振子的振幅-频率、相位-频率及电压-频率等相关特性;利用ANSYS10.0分析了悬臂梁压电振子固有频率与其结构参数之间的关系;分析了悬臂梁压电振子串并联特性、外接整流桥和负载的输出电压及输出功率特性;对悬臂梁压电振子相关频率特性进行了试验验证,试验结果与理论分析基本相一致。4.对压电自供电无线发射、接收系统进行了研究,提出了一种新的低功耗无线发射与接收系统,在满足可靠接收的前提下通过软硬件两方面量化并降低了无线发射系统功耗,避免了误判的发生,提高了自供电遥控器的可靠性。5.提出一种新的压电供电无线遥控器性能测试评估方法。研制了压电自供电无线遥控器,通过压电发电装置与无线发射线路板的联机性能测试试验分析压电自供电无线遥控器的实用性和可靠性。由测试结果可知,等应力压电发电装置比简支梁压电发电装置具有更优越的发电特性,提高了装置发电量和压电自供电无线遥控器的可靠性和实用性。
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