基于压电陶瓷发电技术的走路发电鞋

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基于压电陶瓷的人体踩压能量收集及利用装置

基于压电陶瓷的人体踩压能量收集及利用装置摘要：压电陶瓷经过人或车辆踩压发出微弱不稳定交流电，根据此特点制作了基于压电陶瓷的人体踩压能量收集及利用装置，此装置包括储能和利用两部分。

在储能方面，设计了能量收集模块，把压电陶瓷发出的交流电整流后存入超级电容中。

在能量利用方面，此装置实现了多种利用方式：可通过USB接口为多种设备供电，可取代火车站的手机加油站等；作为夜晚楼道感应灯，结合设计的震动模块和可编程定时器，实现人来灯亮人走灯灭的功能。

整体结构由亚克力板支撑，节约了制造成本且耐用性好。

本作品实现了对闲置的踩压能量的储存和低成本利用，节约能源，为当今人们的低碳生活提供了新的理念，具有广阔的应用前景。

关键词：压电陶瓷；亚克力板；能量收集模块；超级电容；震动模块；定时器1 作品设计背景随着对绿色能源的不断开发与利用，压电陶瓷越来越受到人们的关注。

日、美、欧等发达国家对于压电发电自助供电系统已经进行了多年研究。

2006年至2009年期间，日本旅客铁道株式会社在东京火车站进行过三次“发电地板”试验。

2010年上海世博会上，日本馆展示了压电发电地板。

同样，以色列技术研究院也在普通路面的沥青中植入大量的压电晶体，通过汽车驶过时的压力转换来发电。

国内对压电陶瓷的应用还停留在点火装置、仪表测量等方面。

由于其发出的电能具有微弱、不稳定、波动大、难收集的特点，发电潜能的研究还处在初级阶段。

即使有些产品利用其发电，也只是即发即用，未实现储存功能，这在很大程度上限制了它的发展。

本作品在其基础上进行了实验研究和模型制作。

2 系统总体设计系统的功能规划：（1）将压电陶瓷发出的高电压、低电流、不连续、波动大的电能进行整流处理，变为稳定电流，存入超级电容。

（2）给手机等小功率电器供电。

（3）利用人体踩压的能量来用于楼道照明，并实现人来灯亮人走灯灭的功能。

根据实际情况以及方案构想，我们所设计的装置运作图如下：2.1 压力发电模块设计本装置利用的是正压电效应，当对压电材料施加外力产生变形时，会引起材料内部正负电荷中心发生相对位移而产生电的极化，从而导致材料两个表面上出现符号相反的束缚电荷，而且电荷密度与外力成正比。

走路发电鞋产品说明书最终版

目录摘要 (3)一、总述 (5)1.1 作品的背景及意义 (5)1.2 作品的国内外研究现状 (5)二、作品的设计方案 (7)2.1 整体结构设计 (7)2.2 压电陶瓷发电装置的设计 (7)2.3 整流电路的设计 (10)2.4 稳压充电电路的设计 (11)三、作品设计的创新之处 (13)3.1 产品设计的创新之处 (13)四、作品带来的经济和社会效益 (14)4.1 作品带来的经济效益 (14)4.2 作品带来的社会效益 (14)参考文献 (15)摘要社会的发展引起一系列的环境问题，传统的化石燃料对环境污染严重，且日益枯竭，寻找新能源成为当务之急。

人类每天走路产生很多振动能，如果将这部分振动能通过转化合理利用，不仅能节省能源而且还能为人们带来方便，因此我们提出了走路发电鞋这个构想。

基于压电陶瓷发电技术的走路发电鞋是在鞋底放入用压电陶瓷片制成的压电陶瓷发电装置，然后利用压电陶瓷材料的压电效应将人体走路产生的机械能转化为电能，并且储存起来给需要充电的用电设备充电的一种鞋子。

基于压电陶瓷发电技术的走路发电鞋共有五部分构成，分别为压电陶瓷发电装置、整流电路、超级电容、稳压充电电路和微型电池。

压电陶瓷发电装置时利用压电陶瓷片制成的电能转化装置，通过该装置可以将人体走路产生的振动能转化为电能，然后通过一个整流电路将产生的电能进行处理储存在超级电容中，最后设计一个稳压充电电路输出稳定的直流电源给微型电池充电。

关键词：电能转化、压电陶瓷、整流电路ABSTRACTSocial development has led to a range of environmental issues, traditional fossil fuels become urgent and serious environmental pollution, and increasing depletion find new energy sources.Humans walk every day to generate a lot of vibration, this vibration through the the transformed rational use of not only save energy but also bring convenience for people, so we have put forward the idea of walking generation shoes.Based the shoes walking power generation of piezoelectric the ceramic power generation technology is the soles placed in piezoelectric ceramic made of piezoelectric ceramics power generation device, and then take advantage of the piezoelectric effect of the piezoelectric ceramic material of human walking mechanical energy into electrical energy, andstored the shoes of a charge to the electrical equipment needs to be charged.The walk based the piezoelectric ceramic generation technology generation shoes, a total of five parts, namely piezoelectric ceramic generation device, a rectifier circuit, super capacitors, voltage regulators, charging circuit and micro batteries.The piezoelectric ceramic power generating device using a piezoelectric ceramic sheets made of energy conversion devices, the human walkingvibrations generated through the device can be can be transformed into electricity, and then through a rectifier circuit to produce electrical energy for processing is stored in the super capacitor,Finally, design a stable DC power regulator charging circuit output to tiny battery charge.Keywords ：Energy conversion、Piezoelectric ceramics、Rectifier circuit一、总述1.1 作品的背景及意义社会的发展引起一系列的环境问题，传统的化石燃料对环境污染严重，且日益枯竭，寻找新能源成为当务之急。

压电陶瓷的压电原理及制作工艺

配料
混合
预烧
粉碎
成型
排胶
测试
极化
上电极
机加工
烧成
压电陶瓷的制作工艺
•配料（原料的选择和处理）
原料是制备压电陶瓷的基础。选择原料一般应注意其化学组成和物理状态。
(1) 纯度
对纯度的要求应适度。高纯原料，价格昂贵，烧结温度高，温区窄。纯度稍低的原料，有的杂质可起矿化和助熔的作用，反而使烧结温度较低，且温区较宽。过低纯度原料杂质多，不宜采用。
•压电陶瓷内部结构（电畴形成）
①c轴方向决定自发极化取向 ②能量最低原则决定畴结构
晶格匹配要求能量最低要求晶胞自发极化取向一致小区的存在自发极化取向不一致小区的搭配晶粒中形成一定的小区排列状态— 畴结构
③相结构决定畴壁类型
压电陶瓷的压电原理
•压电陶瓷内部结构（电畴形成）
因为晶粒为四方相时，自发极化取向与原反应立方相三个晶轴之一平行，所以，相邻两个畴中自发极化方向只能成90°角或180°角，相应电畴交界面就分别称为90°畴壁和180° 畴壁。
红外探测计
位移与致动器激光稳频补偿元件，显微加工设备及光角度，光程长的控制器存贮其它调制
存贮
显示非线性元件
光信息存贮器，光记忆器
铁电显示器，声光显示器等压电继电器等
压电陶瓷的用途
•压电陶瓷泵
进口
压电陶瓷换能器
阀出口
压电陶瓷的用途
•压电陶瓷喷墨打印
金属片压电陶瓷换能器圆锥形容器内液层外墨水池
压电陶瓷极化台
压电陶瓷的用途
压电变压器电警棍
压电陶瓷的用途
压电陶瓷变压器雷达显示器高压电源

压电陶瓷的工作原理与应用

压电陶瓷的工作原理与应用1. 什么是压电陶瓷？压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，具有特殊的物理性质。

当施加压力或电场时，压电陶瓷会发生正比例的形变或电荷分布变化。

其工作原理基于压电效应，即通过施加压力或电场激发压电陶瓷产生形变或电荷分布的变化。

压电陶瓷材料主要由氧化物和复合材料组成，具有稳定的物理和化学性质。

2. 压电陶瓷的工作原理压电陶瓷的工作原理基于压电效应，分为压电效应和逆压电效应两种模式。

2.1 压电效应压电效应是指当施加机械应力于压电陶瓷时，会在材料内产生电荷分离。

这种电荷分离是由于晶格结构的变化所引起的。

压电效应的量级与施加的压力成正比。

压电效应是压电陶瓷实现能量转换、传感和控制的基础。

2.2 逆压电效应逆压电效应是指当施加电压于压电陶瓷时，会导致陶瓷的形变。

施加电压使得陶瓷内部的电荷重分布，进而引起形变。

逆压电效应可以通过改变施加的电压来精确控制压电陶瓷的形变，因此广泛应用于执行器和传感器等领域。

3. 压电陶瓷的应用压电陶瓷由于其独特的物理性质和工作原理，在众多领域中有着广泛的应用。

3.1 压电陶瓷传感器压电陶瓷传感器是利用压电效应对外界压力或应力进行测量的传感器。

通过安装压电陶瓷传感器可以实现对力、质量、压力等物理量的测量和检测。

压电陶瓷传感器广泛应用于工业自动化、航空航天等领域中。

3.2 压电陶瓷应用于超声波技术压电陶瓷在超声波技术中起到重要的作用。

通过施加交变电场，压电陶瓷可以产生超声波。

超声波技术在医学成像、材料检测和土木工程中有着广泛的应用。

3.3 压电陶瓷控制器压电陶瓷控制器是通过施加电压控制陶瓷的形变的装置。

压电陶瓷控制器可以用于精确控制执行器、阀门等的位置和形变。

在精密仪器、机械控制等领域中被广泛应用。

3.4 压电陶瓷用于发电压电陶瓷可以通过压电效应转换机械能为电能。

将压电陶瓷放置在机械振动环境中，可以利用振动能量产生电能。

这种方法在一些低功率应用中具有潜力，如自动感应式无线传感器等。

微电流多功能自主足疗鞋

黑龙江八一农垦大学第一届创意大赛“微电流多功能自主足疗鞋”设计说明书作品类别：产品研发学院名称：工程学院参赛人员：指导教师：2016年 9 月 30日微电流多功能自主足疗鞋1.创意简介本创意名为微电流多功能自主足疗鞋，是根据物理电学自主发电的原理发明的一种有益于人类健康的创意。

一款具有自主发电、自主按摩脚部、自主发热的装置。

该创意是平时通过人们脚步的运动产生电流存储在微型电池里面，待到需要用的时候打开开关即可使用。

该发电装置安装在脚跟的位置，由脚部的上下移动发电。

待到人们休息脚部疲劳的时候开启自主按摩模式，由隐藏在鞋垫里的电极释放微电流刺激脚部各个穴道以达到减缓疲劳促进健康。

另外，在冬天在外行走或者坐在办公室的时候，人们的脚常常冻得发麻。

而本创意另一个功能就是在鞋里面铺上发热鞋垫，由自主发电产生的电流转换成热能，温暖脚部，是整个冬天不再寒冷。

2.创意背景创意来源于生活。

当今社会发展迅速，人们的生活压力越来越大，整天忙碌在各种各样工作或者社交场合之中时候；当人们在节假日外出旅游正在忙于爬山涉水的时候；人们身体往往会不堪重负，浑身疲惫，尤其是人们的会脚酸软无力，停下稍事休息的那一刻动都不想动一下。

而在这个时候，做一下足疗放松身体无疑是一种绝佳的选择。

足疗对人们的身体有绝佳的好处，脚是人类的第二心脏，进行足部按摩，可使足部的血液循环顺畅，促进全身血液循环，加速机体新陈代谢、补充营养，使您的机体健康、正常地运转。

并且可以调节神经，足部分布着非常丰富的神经组织，通过有效刺激足底反射区，可使相应组织器官的功能得到调节，使正常的更强壮，不正常的得以改善和恢复。

而且可以达到疏通经络缓解疲劳的作用。

但是当人们忙于工作无暇去专门的足疗店做足疗时，微电流多功能自主足疗鞋便应运而生了。

这种微电流多功能自主足疗鞋有效地解决了人们在紧张的忙碌工作中放松双脚的难题。

当人们在来回走动的时候它会自动发电储存电能。

在脚部疲劳酸软稍事休息的时候，只要轻触鞋底的开关，藏在鞋垫中的电极立刻会释放出储存在电池中的微电流，刺激脚底的各个穴道，以达到按摩放松双脚的效果。

基于压电技术的保暖鞋的研究

基于压电技术的保暖鞋的研究摘要：随着科学技术的不断发展，基于压电材料发电的技术日益纯熟，用此项技术来创新发明的产品越来越多。

本文介绍的即是基于压电技术基础上的一种电暖鞋的创新思路，其独特的设计有效的解决了生活中遇到的一些实际问题。

关键词：创新设计压电技术电暖鞋鞋子是人们日常生活的必需品，随着生活水平的不断提高，人们对鞋子的要求不仅仅从美观上升到了舒适，甚至追求其实现更多的功能来满足人们对高品质生活的追求。

你是否还在为冬天的鞋子抵挡不住严寒的天气而烦恼？你是否还在为鞋子不停的汗湿而忧愁？立足于此，我们设想了一款以保暖为主要功能的电暖鞋。

1 原理1.1 压电材料发电原理当一陶瓷片在压力作用下上下表面产生电荷，其相当于一个电容，电容在其两极产生电荷后就储存了一定能量。

从电学角度来看，压电片可以简化为一个正弦电流源ip(t)，与内在的电极电容Cp并联，如下所示。

假设电流源和电极电容Cp恒定，负载可调。

由戴维南等效定理，该电路中阻抗为：电片等效阻抗相等时，负载吸收的能量最大。

1.2 能量传输和利用效率分析当作用在压电片上的力消失后，压电元件产生的电荷立即消失。

因此，需要外接电容对压电元件产生的电荷进行储存。

设压电元件间电容为Cp，外接电容为C，产生的电能在两者之间再分配，根据传输结束后电压相等的关系，设C=aCp，其中，C为外接电容；Cp为压电元件间电容；a=C/Cp。

则电容C上储存的能量与产生能量的传输效率：1.3 能量收集过程1.3.1 能量收集原理压电元件产生的电荷是瞬间和交替的, 是以不规则的随机突发形式提供能量,由于受力的方向不同，极化方向不同，故而产生的电流方向也不同，使得压电陶瓷产生的是微弱的交流电。

在能量收集过程中，我们将压电陶瓷与整流电路相连，将交流转化为直流。

由于产生的电压与压力有关，压力的大小直接影响电压的大小，所以产生的电能是不稳定的。

为了收集产生的电能，我们将电能与充电芯片相连，产生恒流对充电电池进行充电。

压电陶瓷振动原理

压电陶瓷振动原理嗨，朋友们！今天咱们来聊一聊特别神奇的压电陶瓷振动原理。

这可不是什么枯燥的学术内容哦，就像揭开一个超级神秘的魔术背后的秘密一样有趣。

我有个朋友叫小李，有一次他看到一个小小的压电陶瓷元件，在通上电流之后就开始振动起来，他那眼睛瞪得老大，嘴巴张得能塞下个鸡蛋，惊讶地说：“这小玩意儿怎么就动起来了呢？简直就像有魔法一样！”我就笑着跟他讲，这里面可有着科学的门道呢。

压电陶瓷，首先它是一种陶瓷材料。

那陶瓷大家都熟悉吧？家里的碗啊、花瓶啊，很多都是陶瓷做的。

可是这压电陶瓷和普通陶瓷可大不一样。

它有一种特别神奇的特性，就是压电效应。

啥是压电效应呢？简单来说，就像是陶瓷有了一种特殊的感应能力。

当我们给压电陶瓷施加压力的时候，它的两端就会产生电荷。

这就好比是你挤压一个海绵，海绵里就会挤出东西来，不过这里挤出的是电荷。

反过来呢，如果我们给压电陶瓷加上电压，它就会发生形变，从而产生振动。

这是不是很神奇？就好像陶瓷能听懂电的语言，电让它动，它就动。

我再给你打个比方啊。

这压电陶瓷就像一个超级听话的小机器人，电压就是它的指令。

你给它一个指令，它就按照指令做出动作。

这个动作就是振动。

那这个振动是怎么发生的呢？当电压作用在压电陶瓷上的时候，陶瓷内部的晶体结构就开始发生变化。

这晶体结构就像一个小小的建筑，里面的原子啊、离子啊就像是建筑里的小砖块。

电压一来，这些小砖块的排列就开始重新调整。

这种调整可不是悄无声息的，它就带来了整个陶瓷的形变，然后就产生了振动。

咱们再说说这振动有啥用。

我另一个朋友小王是搞电子设备的。

他就告诉我，压电陶瓷的振动在很多地方都发挥着大作用。

比如说在手机里，压电陶瓷振动可以作为一种新型的振动马达。

你想啊，以前的手机振动总是那种嗡嗡嗡的感觉，比较单调。

有了压电陶瓷振动，它可以产生更加细腻、丰富的振动模式。

像不同的消息提示，就可以用不同的振动方式，就好像是给每一种消息都配上了独特的“敲门声”。

还有在超声波设备里，压电陶瓷振动也很厉害。

压电陶瓷扫描器原理

压电陶瓷扫描器是一种利用压电效应实现扫描运动的设备，常用于光学和激光扫描系统中。

其原理如下：
压电效应：压电材料具有压电效应，即在外加机械力或电场作用下，会发生形变和电荷分布的变化。

压电陶瓷片：压电陶瓷扫描器通常由一个或多个压电陶瓷片构成。

这些陶瓷片在施加电压时，会发生微小的形变，并将形变转化为机械位移。

扫描运动：当在压电陶瓷片上施加电压时，它们会产生微小的形变，使得陶瓷片产生弯曲或伸缩。

通过控制施加的电压和频率，可以控制陶瓷片的形变和运动方式。

光学或激光系统：压电陶瓷片通常与光学或激光扫描系统结合使用。

通过将光束或激光束聚焦到压电陶瓷片的表面，当陶瓷片发生形变时，光束也会随之扫描或移动。

这样可以实现对光束的精确控制和扫描。

扫描精度和速度：压电陶瓷扫描器的扫描精度和速度取决于施加在陶瓷片上的电压、频率和陶瓷片的性能。

通过调节这些参数，可以实现高精度和快速的扫描运动。

总之，压电陶瓷扫描器利用压电效应将电能转化为机械运动，从而实现光学或激光系统中的精确扫描控制。

它具有响应快、精度高和耐用性强等特点，被广泛应用于许多领域，如激光打印、光学成像和光纤通信等。

鞋底发电与充电电路的设计

鞋底发电与充电电路的设计作者：林立琼来源：《数码设计》2020年第07期本文系西华师范大学2018年省级创新创业训练计划项目“压力发电可充电的新型保温鞋设计”的阶段性成果。

项目编号：201810638073，项目负责人：林立琼，项目学校：西华师范大学。

摘要：近些年来随着社会经济的快速发展，传统的以煤炭、石油等为主的化石燃料由于对环境的污染比较大，加之全球储量有限，很多国家和地区正面临着能源短缺的问题，因此寻找新的可替代的清洁能源成为当务之急。

为了解决这个问题，科学家们提出了各种奇思妙想，利用人体运动发电就是其中之一，比如脚踩到地面时产生的压力能等。

这些无处不在的能量一旦被利用起来，可以很方便地为我们随身携带的手机、笔记本电脑等进行充电，压电陶瓷鞋就是基于这种理念而诞生的。

关键词：鞋底发电;电路设计;压电陶瓷鞋中图分类号：TM619;TM282文献标识码：A文章编号：1672-9129（2020）07-0034-01Abstract：In recent years， with the rapid development of social economy， traditional fossil fuels such as coal and oil， due to environmental pollution is relatively large， coupled with limited global reserves， many countries and regions are facing the problem of energy shortage， so looking for new alternative clean energy has become a top priority. To solve this problem， scientists have come up with a variety of ideas， such as using human motion to generate electricity， such as the pressure generated when the foot hits the ground. The shoes are based on the idea that this ubiquitous energy， once harnessed， can easily charge our mobile phones， laptops and the like.Key words：sole power generation;Circuit design;Piezoelectric ceramic shoes引言：一直以来人类习惯了向大自然索取所需的物质，比如各种能源。

压电发电原理

压电发电原理压电发电原理一、概述压电发电是一种利用压电效应将机械能转化为电能的技术。

压电效应是指某些晶体在受到外力作用下，会产生极性的电荷分布，从而产生电场和电势差。

利用这种效应可以将机械能转化为电能，实现发电。

二、压电材料1. 压电晶体常见的压电晶体有石英、铅锆酸钛等。

这些晶体具有高度对称性结构，在受到外力作用下会产生极性的变形和极性分布，从而产生电势差。

2. 压电陶瓷压电陶瓷是一种以氧化物为主要成分的陶瓷材料，具有良好的压电性能。

常见的压电陶瓷有PZT（铅锆酸钛）、BaTiO3（钛酸钡）等。

3. 压敏材料压敏材料是一种特殊的材料，其在受到外力作用下会改变其阻值。

常见的压敏材料有硅、锌氧化物等。

三、工作原理1. 压电晶体发电原理当压电晶体受到外力作用时，其晶格结构会产生变形，从而导致极性分布的改变。

这种极性分布的改变会导致电荷的重新排列，从而产生电势差。

如果将两端连接上导体，则可以将这种电势差转化为电流，实现发电。

2. 压敏材料发电原理当压敏材料受到外力作用时，其阻值会发生变化。

如果将其连接到一个外部电路中，则可以利用这种阻值的变化来产生电流，实现发电。

四、应用领域1. 环保领域压电发电技术可以应用于环保领域，在垃圾场等地方通过垃圾的重量来产生能源。

2. 军事领域压电发电技术可以应用于军事领域，在一些需要长时间待机的设备中使用压敏材料来产生能源。

3. 生活领域压电发电技术可以应用于生活领域，在鞋底、地毯等物品上使用压敏材料来产生能源。

五、总结压电发电技术是一种利用压电效应将机械能转化为电能的技术。

常见的压电材料有压电晶体、压电陶瓷和压敏材料。

在应用领域上，压电发电技术可以应用于环保领域、军事领域和生活领域等。

发电地板原理

发电地板原理
发电地板是一种利用人们行走产生的压力来产生电能的装置，它可以将人们的步伐转化为电能，从而为建筑物提供清洁的、可再生的能源。

发电地板的原理主要是利用压电效应和电磁感应原理来实现的。

首先，我们来看一下压电效应。

压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷分离的现象。

当人们行走在发电地板上时，地板会受到压力，导致内部的压电材料产生电荷分离。

这些电荷分离会形成电场，从而产生电压。

通过将这种电压收集起来，就可以转化为可用的电能。

其次，发电地板还利用了电磁感应原理。

当人们行走在发电地板上时，地板上的磁场会发生变化。

根据法拉第电磁感应定律，磁场的变化会产生感应电流。

通过安装线圈和磁场传感器，可以将这种感应电流收集起来，从而产生电能。

综合压电效应和电磁感应原理，发电地板可以将人们行走产生的压力和磁场变化转化为电能。

这种电能可以用于供电建筑物的照明、空调、电梯等设备，从而减少对传统能源的依赖，实现能源的
可持续利用。

除了利用压电效应和电磁感应原理，发电地板还可以采用其他
技术来增强发电效果。

比如，可以在地板的表面覆盖一层压电材料，增加人们行走时对地板的压力，从而产生更多的电荷分离。

同时，
还可以通过优化地板的结构和材料，提高地板的耐磨性和稳定性，
从而延长发电地板的使用寿命。

总的来说，发电地板是一种利用人们行走产生的压力和磁场变
化来产生电能的装置，它的原理主要是利用压电效应和电磁感应原理。

通过不断的技术创新和优化，发电地板有望成为建筑物中一种
重要的清洁能源装置，为人们的生活和工作提供可持续的电能支持。

压电陶瓷的工作原理

压电陶瓷的工作原理
压电陶瓷是一种用于从事机械生产、测试和控制的电工器材，它的原理主要是由电子驱动的机械原理。

压电陶瓷是一种高纯度电子陶瓷，它能够在电压作用下产生机械能量。

压电陶瓷最重要的特点是它能够由电场来控制，这使它成为电动化控制中非常重要的一环。

压电陶瓷的工作原理是将输入的电场能量转变为机械能量，当输入一定大小的电场时，电场能量也会因此而发生变化，从而产生新的机械能量。

同样的，当电压发生变化时，压电陶瓷也会发生变化，从而使机械能量也会随着电压的变化而发生变化。

压电陶瓷的主要原理是电场控制机械能量变化，当电场变换时，压电陶瓷也会发生变化，从而使机械能量也会随着电场变化而发生变化。

为了增强其在电场控制中的作用，一般会在表面覆盖一层薄膜，以增加电压的变化率。

压电陶瓷的应用非常广泛，最常用的应用包括驱动机械、调节温度和压力、控制振动、用于激发音响及记录信号等。

压电陶瓷用于传动电磁器件，比如电机、气动马达、脉冲调节器，可提高应用的效率和性能，因此它是机械生产中不可缺少的一部分。

压电陶瓷还可以应用于某些电子设备上，如定位和跟踪，激光冲击器等。

它们能够把电场能量转变成机械能量，从而起到控制、定位和跟踪等功能。

以上就是压电陶瓷的工作原理，它是机械生产、测试和控制中非常重要的一环，具有广泛的应用前景。

今后，压电陶瓷可以被用于更
多的电气控制，发挥更大的作用，为机械控制技术的发展和应用贡献出自己的一份力量。

基于压电发电的智能路面系统

基于压电发电的智能路面系统作者：赵迎宾王佳杰王涵刘梦瑶张桐桐来源：《物联网技术》2019年第07期摘要：以道路工程为背景，对一体化智能压电发电路面的制备与电能输出进行了研究与设计。

利用软件对压电元件尺寸进行优化，通过马歇尔设计方法与体积制备设计方法设计出的沥青混合料的体积性能、高温稳定性能、水稳定性能均能满足我国的沥青混合料技术规范，具有良好的路用性能，并与压电元件具有良好的相容性。

压电元件的开路峰值电压随着压应力的增加而增加，且单片厚度大的元件的开路峰值电压较高，增加趋势更快，施加较低的频率对压电元件的电压输出影响极小。

智能压电发电路面的开路电压随着埋铺深度的增加而减小，随着压电元件总厚度、车轮荷载的增加而增加;开路电流随着压电元件并联数量的增加而增加。

芯片的电能采集效果和效率均优于桥式整流电路型单元采集电路。

研究结果表明，智能压电发电路面具有良好的路用性能，其存储的电能虽然输出功率小，但通过矩阵式聚集化储能后可供压力传感器、红绿灯系统、路灯等低功率电子器件使用。

关键词：压电发电;沥青混凝土;材料组成与制备;能量采集与存储1 压电发电路面研究现状1.1 国外研究现状日、美等发达国家对于压电发电自助供电系统进行了多年研究，取得了良好进展，尤其日本在应用方面更走在世界前列。

2006—2009年，东日本旅客铁道株式会社在东京火车站进行过三次发电地板试验，乘客通过自动检票口时可产生使灯泡发光0.1 s的电力。

2010年上海世博会，日本馆展示了压电发电地板，参观者轻轻几步就可将电灯点亮。

日本的NEC等公司联合开发了新型发光道路标识，该标识可以利用汽车驶过时所产生的风能，并利用压电元件将风能转换为电能，从而点亮发光二极管。

若将其安置在公路隧道内，可以有效降低隧道内的电能消耗，提高标识清晰度与行驶安全。

Goldfarb等人建立了一个分析模型，研究了压电叠堆材料的发电效率，试验结果表明，影响压电材料发电效率的根本原因是压电材料产生了大量能量，但多数能量存储在本身，并把它返回给了导致产生初始电荷的激励源。

基于压电陶瓷发电技术的走路发电鞋分解

3、在充电电容的选择上选用超级电容，因为超级电容相比较于普通的电解电容具有容量大、循环使用寿命长、不易损坏等优点，适合鞋底这样复杂的环境。
谢谢观看！
整流电路

压电振子在交变的外力或有规则的冲击作用下，其电压和电流都呈现交变特性，而给微型电池充电需要稳压直流，故需对其进行整流。为了尽可能提高输出电压，设计了三倍压整流电路
超级电容电路

将压电振子产生的电能用超级电容储存的电路
稳压充电电路

压电陶瓷发电装置产生的电压和电流都不稳定，瞬时电压存在着突变，而微型电池充电时需要的电源为恒压恒流，这就需要把突变的电流和电压转化为恒定的。

整体结构示意图
发压电电装陶置瓷整流电路超级电容电稳电压路充微型电池的需设要备供电
基于压电陶瓷发电技术的走路发电鞋共有五部分构成，分别为压电陶瓷发电装置、整流电路、超级电容、稳压充电电路和微型电池
压电效应原理图

具有压电效应的晶体称为压电晶体当沿着晶片的某些方向施加作用力使晶片发生形变后，晶片上相对的两个表面会出现等量的正、负电荷

当电池充好电以后，我们可以利用数据线连接好手机与电池，给手机电池充电了，这样我们就不用担心外出旅游手机没电了。
创新点
1、因为利用压电陶瓷材料的压电效应进行电能转换国内对此研究才刚刚开始，并且在鞋底这么小的空间内装上发电装置，压电陶瓷材料也能有效的节约空间。 2、单片压电陶瓷片发电能力较弱，并且已经分析得出只有当压电陶瓷极间电容和存储电容相等时才能达到最大的能量传输效率。因此为了解决上述两个问题采用多压电陶瓷片并联的方式。

压电陶瓷扬声器的技术原理

压电陶瓷扬声器的技术原理
压电陶瓷扬声器利用压电效应将电能转化为机械能，从而产生声音。

其技术原理如下：
1. 压电效应：压电陶瓷材料具有压电效应，即当施加压力或电场时，会产生电荷分布的改变。

其中最常用的压电材料是酮酸钛锆钍（PZT）陶瓷。

2. 振动原理：当在压电陶瓷上施加交变电场时，会导致压电陶瓷发生快速的体积变化，即振动。

这种振动会通过封装在陶瓷材料上的振动器件（通常是金属薄膜或陶瓷膜）传递到空气中，产生声波。

3. 驱动电路：压电陶瓷扬声器需要使用特定的驱动电路来控制电场的频率和振幅，以产生所需的声音。

驱动电路通常包括振荡器、放大器和滤波器等组件。

4. 振膜设计：振膜是压电陶瓷扬声器中一个重要的部件，用于将振动传递到空气中。

振膜的设计和材料选择会影响到声音的质量和功率输出。

总之，压电陶瓷扬声器的技术原理是利用压电效应将电能转化为机械能，通过振动器件和驱动电路将机械能传递到空气中，产生声音。

压电材料力学性能

• 压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。利用压电材料的这些特性可实现机械振动（声波）和交流电的互相转换。因而压电材料广泛用于传感器元件中，例如地震传感器，力、速度和加速度的测量元件以及电声传感器等。
• 肌肉压电发电系统
• 美国凯斯西储大学生物医学工程学院路瓦德斯基等人提出依靠肌肉的运动来提供动力的压电发电系统。。经模拟，该发电机可以提供690uW的电能。该机构可用于驱动内置于人体中的医疗机械，市场前景广阔。
• 人工耳蜗
• 感音神经性耳聋绝大部分源于内耳毛细胞的损伤，导致不能将声信号转换为电信号．然而声音传入通道保持畅通，而且听神经的神经纤维仍有相当数量存活，仅仅是不能进行声电转换从而导致了病人不能获得正常听力。为了提高聋耳的听力，将压电材料植入到耳蜗内，利用压电效应直接将声波转化为电信号刺激听神经，以提高听力。
压电材料的发展
• 第一阶段：从发现压电效应之年（ 188O 年）起至第一次世界大战间，压电效应并未引起人们足够重视，故压电材料实际上尚未进入实用阶段。 • 第二阶段：第一次世界大战（ 1914—l915 ）到第二次世界大战（ 1940 － 1945 ）期间，受到战争的刺激，人们才真正重视起压电材料的研究。 1916 年郎之万（Langevin）用压电石英晶体作成水下发射和接收的换能器，并用回波法探测沉船和海底。 1921 年相继研制成功石英谱振器和滤波器，开创了压电晶体在频率控制和通讯方面的应用。在 1942 － 1943 年期间，苏联、美国和日本几乎同时发现了 BaTiO3 ，这是在此期间的一个重要发现。 • 第三阶段：从第二次世界大战结束后到六十年代，是压电材料及压电理论发展的最有成效的时期，其中， 1947 年首次发表的关于经极化的 BaTiO3 陶瓷压电性及其应用，具有划时代的意义。 • 目前，生物压电学已经兴起且已经取得了不少进展，对生物（包括人体组织）压电性的研究，甚至对控制生物生长、揭示生理功能秘密都具有重大科学意义。

通过压力发电的方法

通过压力发电的方法及其应用压力发电是一种利用机械压力产生电能的方法，它可以有效地利用各种人造或自然的压力资源，如行人、车辆、海浪、风力等，将其转化为可用的电能，从而实现节能、环保和可再生的目的。

本文将介绍几种通过压力发电的方法，包括其原理、优缺点和应用领域。

压电陶瓷发电压电陶瓷发电的原理压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能材料，它具有正逆压电效应。

正压电效应是指某些电介质在沿一定方向受外力作用而变形时，内部产生极化的同时，在晶体的两个相对的表面上出现正负电荷，这些电荷可以通过外部回路形成电流。

逆压电效应是指当在晶体外部施加电场时，受电场影响的晶体会产生机械形变。

这两种效应可以实现机械能和电能的相互转换。

压电陶瓷发电是利用正压电效应来实现的，即将机械压力作用于压电陶瓷材料上，使其产生极化和表面电荷，然后通过外部回路收集和利用这些电荷。

例如，可以在路面或地板下安装压电陶瓷板，当行人或车辆经过时，就会对其施加压力，从而产生电能。

也可以在海浪或风力作用下使用压电陶瓷杆或片来发电。

压电陶瓷发电的优缺点压电陶瓷发电具有以下优点：利用了广泛存在的机械压力资源，如行人、车辆、海浪、风力等，实现了能源的再利用和节约。

压电陶瓷材料具有性能高、成本低、易于加工制备等特点，适合制作各种形状和尺寸的发电器件。

压电陶瓷发电器件结构简单、体积小、重量轻、无噪音、无污染、无需维护等特点，适合在各种环境中使用。

压电陶瓷发电也存在以下缺点：压力资源往往是间歇性和不稳定的，导致发出的电能也是波动和不连续的，需要配合储能装置或稳压装置才能满足负载需求。

压力资源往往是分散和低效的，导致单个发电器件的输出功率较低，需要大量并联或串联才能达到较高的功率水平。

压力资源往往受到环境因素的影响，如温度、湿度、腐蚀等，可能会影响压电陶瓷材料的性能和寿命。

压电陶瓷发电的应用领域压电陶瓷发电可以应用于以下领域：城市道路或广场：可以在路面或地板下安装压电陶瓷板，利用行人或车辆的压力来发电，为路灯、信号灯、监控摄像头等提供电能，或者储存起来供应给其他用电设备。