實驗名稱：輪胎內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，輪胎內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。輪胎內附壓電片式能量收集裝置的優點在于裝置簡單，缺陷在于在強激勵下易于發生壓電材料的疲勞和破壞，同時輪胎高速運轉時溫度會急劇升高，溫度對能量收集裝置系統輸出性能的影響也不容忽略。針對溫度對輪胎內附壓電片式能量收集裝置的影響問題，著重通過溫度適應性實驗對裝置輸出性能的影響進行研究。

測試設備：ATA-3080功率放大器、信號發生器、激振器、LabVIEW軟件平臺等。

實驗過程：

圖：改進后的系統輸出電壓實驗平臺

改進后的輪胎內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生器作為信號源，并接入功率放大器(ATA-3080)實現電壓信號的放大，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，選用環氧樹脂粘合劑(3M：DP460)將壓電纖維復合材料(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軟件平臺對系統輸出的電壓信號進行采集。

在原有實驗平臺的基礎上，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，可調節加熱板對壓電片所在區域進行加熱至指定溫度，現調節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輸出電壓的結果。運用微電腦溫度控制器調節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：溫度對系統輸出電壓的影響實驗平臺圖

實驗結果：

圖：不同溫度下的系統輸出電壓的有效值實驗結果圖

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

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分鐘后讀取結果。從實驗結果圖中可看出，溫度在從20℃到80℃的變化范圍內時，系統輸出開路電壓的有效值沒有發生明顯變化，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合材料(MFC)的輪胎內附壓電片式能量收集方案沒有明顯影響。

安泰ATA-3080C功率放大器：

圖：ATA-3080C功率放大器指標參數

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