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胎压报警器用压电供电系统设计与实验研究

闫世伟  
【摘要】: 提出利用悬臂梁型压电振子作为能量转换器件构造微型发电装置驱动直接式汽车轮胎压力监测系统(Tire Pressure Monitoring System,简称TPMS)的方案,并从理论和试验两方面进行了系统研究。 首先利用仿真模拟和实验分析的方法得出悬臂支撑压电振子发电能力强于简支支撑压电振子。然后通过对压电振子的动态特性分析,建立压电振子结构参数与其有效机电耦合系数、品质因数、机电转换效率、谐振频率及电能输出量之间的函数关系,优选压电振子的结构参数。 根据悬臂梁型压电振子理论模型,建立了悬臂梁型压电发电装置的数学模型,提取影响压电振子频率特性的关键要素,定性地分析影响TPMS用压电发电装置发电能力的相关因素(包括端部集中质量块、压电振子安装方式、结构参数等),并进行试验验证; 利用理论计算和实验分析的方法研究了超级电容和普通电容的充放电特性,通过对比分析得出普通电容更适合作为发电装置输出电量的存储介质的结论。在以普通电容作为存储器的基础上,结合胎压报警器的工作要求,设计了电源控制电路,通过该电路可以将压电发电装置产生的驱动传感器工作的电能进行有效的积累,并在积累到满足TPMS的供电要求时将电能瞬间释放,实现了压电发电的智能控制和利用; 在理论和实验研究基础上,开发制作了样机并对其相关性能进行了实验分析。实验结果表明,所设计的供电系统(包括压电发电装置和电源控制电路)能够满足TPMS的供电要求,汽车从启动到TPMS发射模块正常工作时间小于5min。


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