Схема генерації електроенергії з використанням п'єзоелектричного датчика

З останніх кількох років попит на малопотужні електронні портативні пристрої швидко зростав. І є дуже обмежені можливості для живлення цих невеликих портативних електронних пристроїв, таких як лужні батареї, сонячна енергія тощо. Отже, тут ми використовуємо інший метод для отримання невеликої кількості енергії, який використовує п’єзоелектричний датчик. Тут ми побудуємо схему виробництва енергії Footstep для виробництва електроенергії. Ви можете дізнатись більше про п’єзоелектричний ефект, дотримуючись цієї схеми п’єзоелектричного перетворювача.

Що таке п'єзоелектричний ефект?

П'єзоелектричний ефект - це здатність деяких п'єзоелектричних матеріалів (таких як кварц, топаз, оксид цинку та ін.) Генерувати електричний заряд у відповідь на механічні навантаження. "П'єзоелектричне" слово походить від грецького слова "piezein", що означає штовхати, стискати і натискати.

Крім того, п'єзоелектричний ефект є оборотним, що означає, що коли ми докладаємо механічне напруження до п'єзоелектричного матеріалу, ми отримуємо деякий електричний заряд на виході. І коли ми подаємо електрику на п’єзоелектричний матеріал, тоді він стискає або розтягує п’єзоелектричний матеріал.

П'єзоелектричний ефект використовується в різних додатках, що включають

• Виробництво та виявлення звуку
• Генерація високої напруги
• Електронна генерація частоти
• Мікробаланси
• Ультратонке фокусування оптичних збірок
• Повсякденні програми, як запальнички

У резонаторі також використовується п'єзоелектричний ефект.

П'єзоелектричні матеріали

Зараз доступна кількість п'єзоелектричних матеріалів, навіть природних та штучних. До природних п’єзоелектричних матеріалів належать кварц, тростинний цукор, сіль Рошелі, топаз-турмалін та ін. Рукотворний п’єзоелектричний матеріал включає титанат барію та титанат цирконату. У таблиці нижче наведено деякі матеріали в категорії природних та синтетичних:

Природний п'єзоелектричний матеріал	Синтетичний п'єзоелектричний матеріал
Кварц (найбільш часто використовуваний)	Титанат цирконату свинцю (PZT)
Рошель Сіль	Оксид цинку (ZnO)
Топаз	Титанат барію (BaTiO 3)
ТБ-1	П'єзоелектрична кераміка Титанат барію
ТБК-3	Титанат барію кальцію
Сахароза	Ортофосохат галію (GaPO 4)
Сухожилля	Ніобат калію (KNbO 3)
Шовкові	Титанат свинцю (PbTiO 3)
Емаль	Танталіт літію (LiTaO 3)
Дентин	Лангазит (La 3 Ga 5 SiO 14)
ДНК	Вольфрамат натрію (Na 2 WO 3)

Потрібні компоненти

• П'єзоелектричний датчик
• Світлодіод (синій)
• Діод (1N4007)
• Конденсатор (47 мкФ)
• Резистор (1k)
• Нажимна Кнопка
• Підключення проводів
• Макет

Схема схеми генерації електроенергії по стопах

П'єзоелектричний датчик складається з п'єзоелектричного матеріалу (кварц-найбільш часто використовуваний). Раніше він перетворював механічне напруження в електричний заряд. Вихід п'єзоелектричного датчика - змінного струму. Нам потрібен повний мостовий випрямляч, щоб перетворити його в постійний струм. Вихідна напруга датчика менше 30Vp-p, ви можете подавати вихід п'єзоелектричного датчика або зберігати його в акумуляторі або інших запам'ятовуючих пристроях. Імпеданс п'єзоелектричного датчика становить менше 500 Ом. Діапазон робочих температур та температур зберігання становить -20 ° C ~ + 60 ° C та -30 ° C ~ + 70 ° C відповідно.

Після встановлення з'єднань відповідно до принципової схеми п'єзоелектричного датчика, коли ми надаємо механічне напруження на п'єзоелектричний датчик, він генерує напругу. Вихід п'єзоелектричного датчика знаходиться у формі змінного струму. Для перетворення його з змінного на постійний ми використовуємо повний мостовий випрямляч. Вихід випрямляча підключений через конденсатор 47 мкФ. Напруга, яку генерує п'єзоелектричний датчик, зберігається в конденсаторі. І при натисканні кнопки вся накопичена енергія передається на світлодіод і світлодіод вмикається, поки конденсатор не розрядиться.

У цій схемі світлодіод світиться протягом частки секунд. Щоб збільшити час включення світлодіода, ви можете збільшити номінал конденсатора, але для заряджання знадобиться більше часу. Навіть ви можете послідовно підключити більше п’єзоелектричних датчиків, щоб генерувати більше електричної енергії. Крім того, діод використовується для блокування струму, що протікає від конденсатора до п'єзоелектричного датчика, а резистор є струмообмежувальним резистором. Світлодіод можна також безпосередньо підключити до п’єзоелектричного датчика, але він миттю вимкнеться, оскільки конденсатора, що утримує струм, не буде.

Демонстраційне відео для цієї системи виробництва енергії Foot Step наведено нижче.