實驗名稱：輪胎內(nèi)附壓電片式能量收集裝置的研究

　　研究方向：輪胎

　　測試目的：

　　在低速運動范圍內(nèi)，輪胎內(nèi)附壓電片式能量收集裝置的方案同樣具有一定的實用價值。輪胎內(nèi)附壓電片式能量收集裝置的優(yōu)點在于裝置簡單，缺陷在于在強激勵下易于發(fā)生壓電材料的疲勞和破壞，同時輪胎高速運轉(zhuǎn)時溫度會急劇升高，溫度對能量收集裝置系統(tǒng)輸出性能的影響也不容忽略。針對溫度對輪胎內(nèi)附壓電片式能量收集裝置的影響問題，著重通過溫度適應(yīng)性實驗對裝置輸出性能的影響進行研究。

　　測試設(shè)備：ATA-3080功率放大器、信號發(fā)生器、激振器、LabVIEW軟件平臺等。

　　實驗過程：

　　圖：改進后的系統(tǒng)輸出電壓實驗平臺

　　改進后的輪胎內(nèi)附壓電片式能量收集裝置方案的實驗室實驗平臺如上圖所示，實驗平臺中選取信號發(fā)生器作為信號源，并接入功率放大器(ATA-3080)實現(xiàn)電壓信號的放大，將放大后的正弦電壓信號施加給YE系列激振器，運用YE系列激振器的激勵模擬路面對汽車輪胎的沖擊。實驗平臺中運用3mm厚度的膠皮替代汽車輪胎的胎面，借助兩塊L型角鐵建立模擬的汽車輪胎平臺，選用環(huán)氧樹脂粘合劑(3M：DP460)將壓電纖維復(fù)合材料(MFC-8514-P1，MFC)粘合到3mm厚度的膠皮上，利用6366采集卡和在上位機上搭建的LabVIEW軟件平臺對系統(tǒng)輸出的電壓信號進行采集。

　　在原有實驗平臺的基礎(chǔ)上，增加了微電腦溫度控制器，具體實驗平臺如下圖所示，控制器由恒溫加熱板和LED顯示器組成，可調(diào)節(jié)加熱板對壓電片所在區(qū)域進行加熱至指定溫度，現(xiàn)調(diào)節(jié)微電腦溫度控制器至不同溫度，控制YE系列激振器的激勵頻率為2.8Hz，脈沖寬度為40ms，來測試不同溫度下系統(tǒng)輸出電壓的結(jié)果。運用微電腦溫度控制器調(diào)節(jié)壓電片表面的溫度從室溫(20℃)到80℃，來模擬路面上正常工作的輪胎所處的溫度范圍，來研究溫度變化對收集方案能量輸出性能的影響。

　　圖：溫度對系統(tǒng)輸出電壓的影響實驗平臺圖

　　實驗結(jié)果：

圖：不同溫度下的系統(tǒng)輸出電壓的有效值實驗結(jié)果圖

　　現(xiàn)通過微電腦溫度控制器調(diào)節(jié)加熱板的溫度從室溫(20℃)到80℃，來研究不同溫度下的系統(tǒng)輸出電壓有效值的變化情況，具體實驗結(jié)果如上圖所示。

　　實驗中每間隔10℃進行一次實驗，為了驗證壓電材料對于高溫情況下的耐久性，每次溫度保持10分鐘后讀取結(jié)果。從實驗結(jié)果圖中可看出，溫度在從20℃到80℃的變化范圍內(nèi)時，系統(tǒng)輸出開路電壓的有效值沒有發(fā)生明顯變化，溫度為80℃時輸出電壓有效值最低為2.64V，溫度為50℃時輸出電壓有效值最高為2.87V，整體上來看相差不大。由此可以初步說明，此能量收集方案能適應(yīng)輪胎在實際工作時溫度會升高的特殊情況，溫度升高對使用壓電纖維復(fù)合材料(MFC)的輪胎內(nèi)附壓電片式能量收集方案沒有明顯影響。

　　安泰ATA-3080功率放大器：

　　圖：ATA-3080功率放大器指標參數(shù)

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　　本文實驗案例參考自知網(wǎng)論文《智能車輪壓電能量收集裝置的設(shè)計和研究》

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