วงจรผลิตไฟฟ้าแบบก้าวเท้าโดยใช้เซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริก

จากช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาความต้องการอุปกรณ์พกพาอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานต่ำได้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และมีตัวเลือกที่ จำกัด มากในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาขนาดเล็กเหล่านี้เช่นแบตเตอรี่อัลคาไลน์หรือพลังงานแสงอาทิตย์เป็นต้นดังนั้นเราจึงใช้วิธีการอื่นเพื่อสร้างพลังงานจำนวนเล็กน้อยซึ่งใช้เซ็นเซอร์ Piezoelectric ที่นี่เราจะสร้างFootstep Power Generation Circuitเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Piezoelectric Effect ได้โดยทำตามวงจร Piezoelectric Transducer

Piezoelectric Effect คืออะไร?

Piezoelectric Effectคือความสามารถของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกบางชนิด (เช่นควอตซ์บุษราคัมสังกะสีออกไซด์และอื่น ๆ) ในการสร้างประจุไฟฟ้าในการตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล คำว่า 'Piezoelectric' มาจากคำภาษากรีก 'piezein' ซึ่งหมายถึงการผลักบีบและกด

นอกจากนี้ผลกระทบของเพียโซอิเล็กทริกยังสามารถย้อนกลับได้ซึ่งหมายความว่าเมื่อเราใช้ความเค้นเชิงกลกับวัสดุเพียโซอิเล็กทริกเราจะได้รับประจุไฟฟ้าบางส่วนที่เอาต์พุต และเมื่อเราใช้ไฟฟ้ากับวัสดุเพียโซอิเล็กทริกมันจะบีบอัดหรือยืดวัสดุเพียโซอิเล็กทริก

Piezoelectric effect ใช้ในแอปพลิเคชั่นต่างๆที่เกี่ยวข้อง

• การผลิตและการตรวจจับเสียง
• การสร้างไฟฟ้าแรงสูง
• การสร้างความถี่อิเล็กทรอนิกส์
• ไมโครบาลานซ์
• การโฟกัสที่ละเอียดเป็นพิเศษของชุดออพติคอล
• การใช้งานในชีวิตประจำวันเช่นไฟแช็คบุหรี่

Resonator ยังใช้ Piezoelectric effect

วัสดุ Piezoelectric

ปัจจุบันมีวัสดุเพียโซอิเล็กทริกจำนวนมากแม้แต่จากธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้น วัสดุเพียโซอิเล็กทริกธรรมชาติ ได้แก่ ควอตซ์น้ำตาลอ้อยเกลือ Rochelle ทัวร์มาลีนบุษราคัมและอื่น ๆ วัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่มนุษย์สร้างขึ้น ได้แก่ แบเรียมไททาเนตและเซอร์โคเนียมไททาเนต มีวัสดุบางอย่างที่ระบุไว้ในตารางด้านล่างในหมวดหมู่ของธรรมชาติและสังเคราะห์:

วัสดุ Piezoelectric ธรรมชาติ	วัสดุ Piezoelectric สังเคราะห์
ควอตซ์ (ใช้มากที่สุด)	ตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต (PZT)
Rochelle Salt	สังกะสีออกไซด์ (ZnO)
บุษราคัม	แบเรียมไททาเนต (BaTiO 3)
TB-1	เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกแบเรียมไททาเนต
TBK-3	แคลเซียมแบเรียมไททาเนต
ซูโครส	แกลเลียมออร์โธฟอสเฟต (GaPO 4)
เอ็น	โพแทสเซียมไนโอเบต (KNbO 3)
ผ้าไหม	ตะกั่วไททาเนต (PbTiO 3)
เคลือบฟัน	ลิเธียมแทนทาไลท์ (LiTaO 3)
เดนติน	แลงกาไซท์ (La 3 Ga 5 SiO 14)
ดีเอ็นเอ	โซเดียม tungstate (Na 2 WO 3)

ส่วนประกอบที่จำเป็น

• เซ็นเซอร์ Piezoelectric
• LED (สีน้ำเงิน)
• ไดโอด (1N4007)
• ตัวเก็บประจุ (47uF)
• ตัวต้านทาน (1k)
• ปุ่มกด
• การเชื่อมต่อสายไฟ
• เขียงหั่นขนม

แผนภาพวงจรการผลิตไฟฟ้าขั้นบันได

เซ็นเซอร์ piezoelectricถูกสร้างขึ้นจากวัสดุ piezoelectric (ควอทซ์ที่ใช้มากที่สุด) ใช้ในการแปลงความเค้นเชิงกลเป็นประจุไฟฟ้าการส่งออกของ Piezoelectric เซนเซอร์เป็น AC เราต้องการวงจรเรียงกระแสบริดจ์แบบเต็มเพื่อแปลงเป็น DC แรงดันเอาต์พุตของเซ็นเซอร์น้อยกว่า 30Vp-p คุณสามารถป้อนเอาต์พุตของเซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกหรือเก็บไว้ในแบตเตอรี่หรืออุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลอื่น ๆความต้านทานของเซ็นเซอร์ piezoelectricน้อยกว่า 500 โอห์ม ช่วงอุณหภูมิในการทำงานและการจัดเก็บคือ -20 ° C ~ + 60 ° C และ -30 ° C ~ + 70 ° C ตามลำดับ

หลังจากทำการเชื่อมต่อตามแผนภาพวงจร Piezoelectric Sensorแล้วเมื่อเราให้ความเค้นเชิงกลกับเซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกจะสร้างแรงดันไฟฟ้า เอาต์พุตของเซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกอยู่ในรูปแบบ AC สำหรับการแปลงจาก AC เป็น DC เรากำลังใช้วงจรเรียงกระแสแบบเต็มสะพาน เอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสเชื่อมต่อผ่านตัวเก็บประจุ 47uF แรงดันไฟฟ้าที่สร้างโดยเซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกจะถูกเก็บไว้ในตัวเก็บประจุ และเมื่อกดปุ่มกดพลังงานที่เก็บไว้ทั้งหมดจะถูกถ่ายโอนไปยัง LED และ LED จะเปิดขึ้นจนกระทั่งตัวเก็บประจุถูกปล่อยออกมา

ในวงจรนี้ไฟ LED จะติดสว่างเป็นเวลาเสี้ยววินาที ในการเพิ่มเวลา ON ของ LED คุณสามารถเพิ่มระดับตัวเก็บประจุได้ แต่จะใช้เวลาในการชาร์จนานขึ้น แม้คุณสามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ piezoelectric มากขึ้นในซีรีส์ที่จะสร้างพลังงานไฟฟ้ามากขึ้น นอกจากนี้ไดโอดยังใช้สำหรับปิดกั้นกระแสที่จะไหลจากตัวเก็บประจุไปยังเซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกและตัวต้านทานเป็นตัวต้านทาน จำกัด กระแส นอกจากนี้ LED ยังสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับเซ็นเซอร์ Piezoelectric แต่จะดับลงในอีกสักครู่เนื่องจากจะไม่มีตัวเก็บประจุคอยกักกระแสไว้

วิดีโอสาธิตสำหรับ ระบบผลิตไฟฟ้าแบบ Foot Stepนี้มีให้ด้านล่าง