应用案例

　　实验名称：轮胎内附压电片式能量收集装置的研究

　　研究方向：轮胎

　　测试目的：

　　在低速运动范围内，轮胎内附压电片式能量收集装置的方案同样具有一定的实用价值。轮胎内附压电片式能量收集装置的优点在于装置简单，缺陷在于在强激励下易于发生压电材料的疲劳和破坏，同时轮胎高速运转时温度会急剧升高，温度对能量收集装置系统输出性能的影响也不容忽略。针对温度对轮胎内附压电片式能量收集装置的影响问题，着重通过温度适应性实验对装置输出性能的影响进行研究。

　　测试设备：ATA-3080功率放大器、信号发生器、激振器、LabVIEW软件平台等。

　　实验过程：

　　图：改进后的系统输出电压实验平台

　　改进后的轮胎内附压电片式能量收集装置方案的实验室实验平台如上图所示，实验平台中选取信号发生器作为信号源，并接入功率放大器(ATA-3080)实现电压信号的放大，将放大后的正弦电压信号施加给YE系列激振器，运用YE系列激振器的激励模拟路面对汽车轮胎的冲击。实验平台中运用3mm厚度的胶皮替代汽车轮胎的胎面，借助两块L型角铁建立模拟的汽车轮胎平台，选用环氧树脂粘合剂(3M：DP460)将压电纤维复合材料(MFC-8514-P1，MFC)粘合到3mm厚度的胶皮上，利用6366采集卡和在上位机上搭建的LabVIEW软件平台对系统输出的电压信号进行采集。

　　在原有实验平台的基础上，增加了微电脑温度控制器，具体实验平台如下图所示，控制器由恒温加热板和LED显示器组成，可调节加热板对压电片所在区域进行加热至指定温度，现调节微电脑温度控制器至不同温度，控制YE系列激振器的激励频率为2.8Hz，脉冲宽度为40ms，来测试不同温度下系统输出电压的结果。运用微电脑温度控制器调节压电片表面的温度从室温(20℃)到80℃，来模拟路面上正常工作的轮胎所处的温度范围，来研究温度变化对收集方案能量输出性能的影响。

　　图：温度对系统输出电压的影响实验平台图

　　实验结果：

图：不同温度下的系统输出电压的有效值实验结果图

　　现通过微电脑温度控制器调节加热板的温度从室温(20℃)到80℃，来研究不同温度下的系统输出电压有效值的变化情况，具体实验结果如上图所示。

　　实验中每间隔10℃进行一次实验，为了验证压电材料对于高温情况下的耐久性，每次温度保持10分钟后读取结果。从实验结果图中可看出，温度在从20℃到80℃的变化范围内时，系统输出开路电压的有效值没有发生明显变化，温度为80℃时输出电压有效值最低为2.64V，温度为50℃时输出电压有效值最高为2.87V，整体上来看相差不大。由此可以初步说明，此能量收集方案能适应轮胎在实际工作时温度会升高的特殊情况，温度升高对使用压电纤维复合材料(MFC)的轮胎内附压电片式能量收集方案没有明显影响。

　　安泰ATA-3080功率放大器：

　　图：ATA-3080功率放大器指标参数

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　　本文实验案例参考自知网论文《智能车轮压电能量收集装置的设计和研究》