【摘 要】
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近年来,随着我国公路里程在不断增长,路面耐久性和安全问题越来越明显,需要定期的养护和维修,这给国民经济带来了繁重的负担。道路承担着交通运输的重要作用,在其使用过程中,要承受交通荷载的反复作用,由此产生的振动能量是非常巨大的,因此用于道路机械能的收集和转换的压电能量收集器（PEH）备受关注。本文研究了堆叠式压电能量收集器的内部结构和性能,对该堆叠式压电能量收集器的封装进行了优化,并对压电能量收集器进
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近年来,随着我国公路里程在不断增长,路面耐久性和安全问题越来越明显,需要定期的养护和维修,这给国民经济带来了繁重的负担。道路承担着交通运输的重要作用,在其使用过程中,要承受交通荷载的反复作用,由此产生的振动能量是非常巨大的,因此用于道路机械能的收集和转换的压电能量收集器（PEH）备受关注。本文研究了堆叠式压电能量收集器的内部结构和性能,对该堆叠式压电能量收集器的封装进行了优化,并对压电能量收集器进行了能量收集试验。实验结果证明该封装能够适用于路面工程中。文章的主要内容包括:（1）分析了道路压电能量收集的基本理论,介绍了压电效应及其机理、压电方程、压电材料参数及分层压电换能器的制备。研究了堆叠式压电转换器在接近道路荷载的条件下的输出效果。并测试了不同换能器厚度、数量对换能器输出效能的影响。经初步测试认为,相同激振荷载和频率下,叠层压电换能器厚度较薄的,输出电压值越高;相同激振频率下,在载荷较低时,压电换能器数量越少,输出电压越高;随着荷载的增大,压电换能器的数量优势逐渐体现出来,即在高荷载下输出电压会随着换能器数量的增加而增加。（2）对堆叠式压电能量收集器内部阵列间距、电学连接方式进行了研究,并进行了阻抗匹配。经测试认为,阵列间距对压电能量收集器的影响极小;其次,在所选的四种电学连接方式下,全部并联的方式输出最高。（3）对封装盒的设计进行了优化,并且通过静水压力试验验证了封装在道路应用中保护压电能量收集器免受环境侵蚀和交通荷载破坏的重要作用。最后通过路面现场试验,进一步验证了经封装盒整合后的压电能量收集器在中型车辆以40 km/h的车速驶过时的输出最大功率为23.24 m W,表明压电能量收集器封装盒在实际路面上使用是可行的。
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