Obwód generowania mocy krokowej wykorzystujący czujnik piezoelektryczny

Od kilku lat gwałtownie rośnie zapotrzebowanie na elektroniczne urządzenia przenośne małej mocy. Istnieją bardzo ograniczone możliwości zasilania tych małych przenośnych urządzeń elektronicznych, takich jak baterie alkaliczne lub energia słoneczna itp. Więc tutaj używamy innej metody do generowania niewielkiej ilości energii, która wykorzystuje czujnik piezoelektryczny. Tutaj zbudujemy obwód Footstep Power Generation do wytwarzania energii elektrycznej. Możesz dowiedzieć się więcej o efekcie piezoelektrycznym, postępując zgodnie z tym obwodem przetwornika piezoelektrycznego.

Co to jest efekt piezoelektryczny?

Efekt piezoelektryczny to zdolność niektórych materiałów piezoelektrycznych (takich jak kwarc, topaz, tlenek cynku itp.) Do generowania ładunku elektrycznego w sprzężeniu zwrotnym z naprężeniem mechanicznym. Słowo „piezoelektryczne” pochodzi od greckiego słowa „piezein”, które oznacza pchanie, ściskanie i naciskanie.

Ponadto efekt piezoelektryczny jest odwracalny, co oznacza, że ​​gdy przykładamy naprężenia mechaniczne do materiału piezoelektrycznego, na wyjściu otrzymujemy pewien ładunek elektryczny. A kiedy przykładamy energię elektryczną do materiału piezoelektrycznego, wówczas ściska on lub rozciąga materiał piezoelektryczny.

Efekt piezoelektryczny jest używany w różnych zastosowaniach

• Produkcja i wykrywanie dźwięku
• Generowanie wysokiego napięcia
• Elektroniczne generowanie częstotliwości
• Mikrowagi
• Bardzo dokładne ogniskowanie układów optycznych
• Zastosowania codzienne, takie jak zapalniczki

Rezonator wykorzystuje również efekt piezoelektryczny.

Materiały piezoelektryczne

Obecnie dostępnych jest wiele materiałów piezoelektrycznych, nawet naturalnych i wytworzonych przez człowieka. Naturalne materiały piezoelektryczne obejmują kwarc, cukier trzcinowy, sól Rochelle, turmalin topazowy itp. Sztuczne materiały piezoelektryczne obejmują tytanian baru i tytanian cyrkonu. W poniższej tabeli znajduje się kilka materiałów w kategorii naturalne i syntetyczne:

Naturalny materiał piezoelektryczny	Syntetyczny materiał piezoelektryczny
Kwarc (najczęściej używany)	Tytanian cyrkonianu ołowiu (PZT)
Rochelle Salt	Tlenek Cynku (ZnO)
Topaz	Tytanian Baru (BaTiO 3)
TB-1	Ceramika piezoelektryczna Tytanian baru
TBK-3	Tytanian wapnia i baru
Sacharoza	Ortofosohan galu (GaPO 4)
Ścięgno	Niobian potasu (KNbO 3)
Jedwab	Tytanian ołowiu (PbTiO 3)
Szkliwo	Tantalit litu (LiTaO 3)
Zębina	Langasite (La 3 Ga 5 SiO 14)
DNA	Wolframian sodu (Na 2 WO 3)

Wymagane składniki

• Czujnik piezoelektryczny
• LED (niebieski)
• Dioda (1N4007)
• Kondensator (47uF)
• Rezystor (1k)
• Naciśnij przycisk
• Podłączanie przewodów
• Płytka prototypowa

Schemat obwodu wytwarzania energii od stóp do głów

Czujnik piezoelektryczny są wykonane z materiału piezoelektrycznego (kwarc najbardziej używane). Kiedyś zamieniał naprężenie mechaniczne na ładunek elektryczny. Wyjście czujnika piezoelektrycznego to prąd zmienny. Potrzebujemy pełnego prostownika mostkowego, aby przekształcić go w prąd stały. Napięcie wyjściowe czujnika jest mniejsze niż 30Vp-p, można zasilać wyjście czujnika piezoelektrycznego lub przechowywać go w baterii lub innym urządzeniu magazynującym. Impedancji czujnika piezoelektrycznego, jest mniejsza niż 500 omów. Zakres temperatur pracy i przechowywania wynosi odpowiednio -20 ° C ~ + 60 ° C i -30 ° C ~ + 70 ° C.

Po wykonaniu połączeń zgodnie ze schematem obwodu czujnika piezoelektrycznego, gdy przykładamy naprężenie mechaniczne do czujnika piezoelektrycznego, generuje on napięcie. Wyjście czujnika piezoelektrycznego jest w postaci prądu przemiennego. Do konwersji z AC na DC używamy pełnego prostownika mostkowego. Wyjście prostownika jest połączone poprzez kondensator 47uF. Napięcie generowane przez czujnik piezoelektryczny jest gromadzone w kondensatorze. Po naciśnięciu przycisku cała zmagazynowana energia jest przekazywana do diody LED i dioda LED zaświeca się, aż do rozładowania kondensatora.

W tym obwodzie dioda LED świeci się przez ułamek sekund. Aby wydłużyć czas świecenia diody LED, można zwiększyć wartość znamionową kondensatora, ale ładowanie zajmie więcej czasu. Możesz nawet podłączyć szeregowo więcej czujników piezoelektrycznych, aby generować więcej energii elektrycznej. Dioda służy również do blokowania przepływu prądu z kondensatora do czujnika piezoelektrycznego, a rezystor jest rezystorem ograniczającym prąd. Dioda LED może być również podłączona bezpośrednio do czujnika piezoelektrycznego, ale wyłączy się ona za chwilę, ponieważ nie będzie kondensatora do utrzymywania prądu.

Film demonstracyjny dla tego Foot Step Power Generation System przedstawiono poniżej.