實(shí)驗(yàn)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(cè)試目的：

　　在低速運(yùn)動(dòng)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(shí)用價(jià)值。輪胎內(nèi)附壓電片式能量收集裝置的優(yōu)點(diǎn)在于裝置簡(jiǎn)單，缺陷在于在強(qiáng)激勵(lì)下易于發(fā)生壓電材料的疲勞和破壞，同時(shí)輪胎高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫度會(huì)急劇升高，溫度對(duì)能量收集裝置系統(tǒng)輸出性能的影響也不容忽略。針對(duì)溫度對(duì)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(shí)驗(yàn)對(duì)裝置輸出性能的影響進(jìn)行研究。

　　測(cè)試設(shè)備：ATA-3080功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、激振器、LabVIEW軟件平臺(tái)等。

　　實(shí)驗(yàn)過程：

　　圖：改進(jìn)后的系統(tǒng)輸出電壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

　　改進(jìn)后的輪胎內(nèi)附壓電片式能量收集裝置方案的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如上圖所示，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中選取信號(hào)發(fā)生器作為信號(hào)源，并接入功率放大器(ATA-3080)實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的放大，將放大后的正弦電壓信號(hào)施加給YE系列激振器，運(yùn)用YE系列激振器的激勵(lì)模擬路面對(duì)汽車輪胎的沖擊。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中運(yùn)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(tái)，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(jī)上搭建的LabVIEW軟件平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行采集。

　　在原有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，增加了微電腦溫度控制器，具體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(duì)壓電片所在區(qū)域進(jìn)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(lì)頻率為2.8Hz，脈沖寬度為40ms，來測(cè)試不同溫度下系統(tǒng)輸出電壓的結(jié)果。運(yùn)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(duì)收集方案能量輸出性能的影響。

　　圖：溫度對(duì)系統(tǒng)輸出電壓的影響實(shí)驗(yàn)平臺(tái)圖

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖：不同溫度下的系統(tǒng)輸出電壓的有效值實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果如上圖所示。

　　實(shí)驗(yàn)中每間隔10℃進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，為了驗(yàn)證壓電材料對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果圖中可看出，溫度在從20℃到80℃的變化范圍內(nèi)時(shí)，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(shí)輸出電壓有效值最低為2.64V，溫度為50℃時(shí)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(shí)際工作時(shí)溫度會(huì)升高的特殊情況，溫度升高對(duì)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(biāo)參數(shù)

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　　本文實(shí)驗(yàn)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(jì)和研究》

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