برداشت هیبریدی انرژی از ارتعاشات و نوسانات حرارتی تصادفی توسط سرامیک های PZT و PMN 0.25PT با روش پالس سوئیچینگ

برداشت انرژی از منابع تجدیدپذیر انرژی محیط همچون خورشید، ارتعاش، حرارت و مغناطیس در میکروسیستمهای الکترومکانیکی (MEMS) برای ساخت سیستمهایی بیسیم، در سالهای اخیر مورد استقبال جامعه علمی قرار گرفته است. در این میان استفاده از اثر پیزوالکتریکی و پیروالکتریکی مواد هوشمند به ترتیب در پیروژنراتورها و پیزوژنراتورها به علت سهولت در طراحی و پیاده- سازی، توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. در این مقاله برداشت هیبریدی انرژی به کمک روش پالس سوئیچینگ مورد بررسی قرار گرفته که اثر همزمان پیزوالکریسیته و پیروالکتریسیته را در نظر گرفته است. ابتدا معادلات این روش در حالت هیبریدی استخراج، و سپس با اعمال همزمان ارتعاشات مکانیکی و نوسانات حرارتی، به صورت تصادفی، سیگنال ولتاژ رسم و متعاقباً توان الکتریکی متوسط محاسبه گردیده است. این تحلیل برای دو المان هوشمند سرامیکی PZT و PMN-0.25PT انجام شده است. تحلیل سیگنال و شرایط سوئیچ کردن روی سیگنالهای ولتاژ الکتریکی، جابجایی مکانیکی و یا نوسانات حرارتی، با کمک تکنیک پنجرههای لغزان زمانی مورد بررسی قرار گرفته است. در هر حالت، میزان توان هیبریدی برداشت شده با حالتی که تنها اثر پیزوالکتریکی در برداشت انرژی موثر است مقایسه گردیده است. در بخش آخر مقاله، تأثیر پارامترهای موثر بر برداشت هیبریدی انرژی: دامنه نوسانات حرارتی، دامنه نیروی خارجی، ضریب وارونگی و همچنین مقاومت معادل الکتریکی، مورد بررسی قرار گرفته؛ و در نهایت از میان دو مادهی هوشمند، مادهی موثرتر برای کارکرد در حالت هیبریدی انتخاب گردیده است.

کلیدواژه ها:

برداشت انرژی ، MEMS ، پیزوالکتریک ، پیروالکتریک ، روش پالس سوئیچینگ