电气工程的一个主要部分集中于从我们周围的其他能源发电的新方法，另一个主要部分集中于调节它。一种新型传感器将机械能直接转换为电能不需要发电机的典型旋转运动–压电发电机。

自从压电发电机无需运动部件，可制成非常紧凑、可靠、耐用的产品；它还使信号调节更容易。有许多类型的压电元件，如下图所示（来源：piceramic），每个元件都有不同的形状和特性。让我们来讨论这个问题压电发电机的工作原理并详细介绍了它的性质。

什么是压电效应？它是如何工作的？

压电是由于对某些材料施加机械应力而产生的电，如晶体（石英）、陶瓷（锆钛酸铅），甚至是一些生物材料，如骨骼和DNA。

实际的机制涉及电偶极子的产生，电偶极子是两个相隔一小段距离的相对电荷，可以粗略地比作晶体结构中的条形磁铁。

当向晶体施加力时，晶格结构的微小变化会导致电偶极子的形成，而电偶极子又会在晶体表面产生电压。

该电压提供少量电荷，可用于为外部电路供电。这种效应也起相反的作用，施加在压电元件上的电压将导致压电元件沿平面变形。这就是压电蜂鸣器和超声波传感器的工作原理。

让我们详细了解一种常见的压电材料——石英。

石英是一种复合二氧化硅的晶体形式，它有一个硅原子，周围有四个六角排列的氧原子。通常，六边形的每个顶点都有一个氧原子或硅原子交替排列。

每个原子都带有一个小电荷。就石英而言，氧原子带负电荷，硅原子带正电荷。由于原子彼此之间的距离相等，因此每个顶点上的电荷都是平衡的，没有净偶极矩。

现在，当六边形结构的两个相对端变形时，六边形结构的两个相对端之间的距离将增加。这会导致沿中心轴的电荷不平衡，从而产生一个小电流偶极矩.

这个偶极矩在垂直于作用力的晶体上产生一个小的电压。

输出特性与信号调理

所形成的电源类似于电源118bet金博宝 最重要的是，每次施加应力时，只能产生离散的电荷量。输出为高压低电流脉冲，使用前必须对其进行调节。

这个调节电路通常包括一个具有低正向压降的整流器和一个变压器将高压转换为较低的可用电压，以及存储元件，通常为超级电容器，储存能量，并使用DC-DC转换器将能量转换为可用形式。

现在有很多芯片把所有的东西都放在一个小封装中，例如LTC3588它只需要很少的外部元件，并具有内置的功率转换器电路，包括功率开关，这使得它易于实现低功耗压电能量收集系统.

为了连续发电，需要一个恒定的机械能振荡源。这可能是由运转中的发动机或其他机械设备的振动引起的。

然而，当机械振动远离机器的共振频率时压电元件介电损耗增加。这可以通过使元件具有与机械振动源相同的共振频率来抵消，而机械振动源可以通过改变尺寸来实现。

这个压电常数压电晶体的单位为C/N（库仑/牛顿）。这基本上是指施加的每牛顿力的电荷。该值取决于材料、晶体的材质和尺寸。

常用压电材料

压电材料既可以是自然产生的，也可以是人为产生的。下面介绍一些著名的压电材料。

天然材料：

石英是第一种被发现具有压电效应的天然材料。石英由氧化硅制成，压电系数约为2pC/N。

其他材料如罗谢尔盐（酒石酸钾钠）和蔗糖（普通糖）也表现出压电性。

人工产生的材料：

陶瓷通常用作压电元件。一些例子包括氧化锌、钛酸钡和锆钛酸铅。

压电发电机-优点和局限性

压电发电机的最大优势在于其尺寸和多功能性。压电元件通常非常扁平，在一定程度上具有柔性，因此很容易将它们整合到许多东西中。

一个常见的例子是在鞋类中加入这种传感器。每迈出一步，元件就会被压缩并发电。尽管产生的电量很少，但它可以被调节和储存起来，以便以后做一些有用的事情，比如给手机充电或给应急手电筒供电。

多个单元也可以堆叠以提供更多的输出功率，但是，在某一点之后，由于它们需要更大的压缩力，因此返回会逐渐减少。

由于压电元件从器件中收集浪费的能量，例如，连接到电机的压电元件可以从振动中获取能量由于振动能量已转化为电能，因此可降低噪音。

然而，压电发电机的最大缺点是输出功率有限。因为它非常类似于电容器，为了获得恒定的能量输出，它必须通过振动。输出为交流，因此需要进行一些信号调节，以将其转换为直流电以及可用的电压和电流水平。

鉴于这些限制和优势，压电元件非常适合具有大量机械振动的工业环境，可用于为用于监控设备的小型物联网微控制器供电。188金宝搏官方网站

总之，压电发电机利用压电效应将机械能转换为电能。它们的输出功率较低，适用于从机械振动源为低电流传感器供电，因此可以收集本来会被浪费的能量。