مدل سازی تأثیر نوفه صدا بر روی یک تیرک پیزوالکتریک برای جمع آوری انرژی

نوع مقاله: مقاله ترویجی

نویسندگان

1 ‏.دانشکده مهندسی برق، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی برق، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله یک تیرک پیزوالکتریک برای دریافت انرژی صوتی در محیط واقعی طراحی شده است. انرژی دریافتی الکتریکی از این تیرک می‌تواند در باطری ذخیره شده یا مستقیما توسط مدارهای الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد. از دو تیرک مسی و پیزوالکتریک شامل پلی ‌وینیلیدن فلوراید که در آن طول لایه پیزوالکتریک کوتاه‌تر است و در نقطه بهینه تیرک مسی قرار دارد، در این شبیه‌سازی استفاده شده است. توان صوت 100 دسی‌بل بلندگو[i] در یک اتاق ۱ متر مکعبی با درنظر گرفتن وجود هوا در محیط به تیرک در وسط اتاق اعمال شده است. با ساخت تیرک در طول 8/7 سانتی‌متری، فرکانس خمشی اول تیرک به نزدیکی ۱۰۰ هرتز می‌رسد با تحریک تیرک در این فرکانس خمشی اثر نوفه به حداکثر مقدار خود می‌رسد و در نهایت منجر به تولید ولتاژ حدود 70 میلی‌ولتی می‌گردد.



[i]. Speaker

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Priya, Shashank, and Daniel J. Inman, eds., “Energy harvesting technologies”, Vol.21, New York, Springer, 2009.
 [2] Cottone, Francesco, Helios Vocca, and Luca Gammaitoni, "Nonlinear energy harvesting." Physical Review Letters 102.8 (2009): 080601.
[3] Sudevalayam, Sujesha, and Purushottam Kulkarni, "Energy harvesting sensor nodes: Survey and implications", IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2010, Vol.13, no.3, pp.443-461.
[4] Chalasani, Sravanthi, and James M. Conrad, "A survey of energy harvesting sources for embedded systems", In IEEE SoutheastCon 2008, pp.442-447.
[5] Erturk, Alper, and Daniel J. Inman, “Piezoelectric energy harvesting”, John Wiley & Sons, 2011.
[6] Sodano, Henry A., Daniel J. Inman, and Gyuhae Park, "Comparison of piezoelectric energy harvesting devices for recharging batteries", Journal of intelligent material systems and structures, 2005, Vol.16, no.10, pp.799-807.
[7]            Nechibvute, Action, Albert Chawanda, and Pearson Luhanga, "Piezoelectric energy harvesting devices: an alternative energy source for wireless sensors", Smart Materials Research, 2012.
[8] Chalasani, Sravanthi, and James M. Conrad, "A survey of energy harvesting sources for embedded systems", In IEEE SoutheastCon, 2008, pp.442-447.
[9] Martínez-Cisneros, Eustaquio, Luis A. Velosa-Moncada, Del Angel-Arroyo, A. Jesús, Luz Antonio Aguilera-Cortés, Carlos Arturo Cerón-Álvarez, and Agustín L. Herrera-May, "Electromechanical Modeling of MEMS-Based Piezoelectric Energy Harvesting Devices for Applications in Domestic Washing Machines", Energies, 2020, Vol.13, no.3, p.617.
[10] Colby, D., Robert Dobie, Geoff Leventhall, David M. Lipscomb, Robert J. McCunney, Michael T. Seilo, and Bo Sondergaard, "Wind turbine sound and health effects: An expert panel review", 2009.
[11] Alves-Pereira, Mariana, and NAA Castelo Branco. "In-home wind turbine noise is conducive to vibroacoustic disease", Proceedings of the Second International Meeting on Wind Turbine Noise, 2007.
 [12] Ericka, M., Dejan Vasic, François Costa, Guylaine Poulin, and Sami Tliba, "Energy harvesting from vibration using a piezoelectric membrane", In Journal de Physique IV (Proceedings), EDP sciences, 2005, vol.128, pp.187-193.
[13] Ajitsaria, Jyoti, Song-Yul Choe, D. Shen, and D. J. Kim, "Modeling and analysis of a bimorph piezoelectric cantilever beam for voltage generation", Smart Materials and Structures, 2007, Vol.16, no.2, pp.447.
[14] Fakhzan, M. N., and Asan GA Muthalif, "Harvesting vibration energy using piezoelectric material: Modeling, simulation and experimental verifications", Mechatronics, 2013, Vol.23, no.1, pp.61-66.
[15] Homayouni-Amlashi, Abbas, Abdenbi Mohand-Ousaid, and Micky Rakotondrabe, "Analytical Modelling and Optimization of a Piezoelectric Cantilever Energy Harvester with In-Span Attachment", Micromachines, 2020, Vol.11, no.6, pp.591.
[16] Muthalif, Asan GA, and NH Diyana Nordin, "Optimal piezoelectric beam shape for single and broadband vibration energy harvesting: Modeling, simulation and experimental results", Mechanical Systems and Signal Processing, 2015, Vol.54, pp.417-426.
[17] Dimarogonas, Andrew D., “Vibration for engineers”, Prentice Hall, 1996.
[18] Yang, Kai, Zhigang Li, Yupeng Jing, Dapeng Chen, and Tianchun Ye, "Research on the resonant frequency formula of V-shaped cantilevers", In 2009 4th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, IEEE, 2009, pp.59-62.
]19[ پناهی، امیر، علیرضا حسن‌زاده و علی مولوی، "طراحی یک تیر پیزوالکتریک برای جمع‌آوری انرژی ارتعاشی در محیط‌های پر نوفه، نهمین کنفرانس بین‌المللی آکوستیک و ارتعاشات، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، انجمن آکوستیک و ارتعاشات ایران، 1398.