《路橋健康監測用微型壓電發電裝置研製與理論研究》是依託哈爾濱工業大學，由呂建福擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：路橋健康監測用微型壓電發電裝置研製與理論研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：呂建福
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
路橋耐久性和安全性問題日益引起人們的普遍關注。傳統的監測系統不但耗資大，而且安裝不方便，且很難實現實時監測。無線監測系統確保了低廉的造價和安裝費用,並使感測器之間的通訊可靠。但微型電源作為其中關鍵的基礎部件發展相對滯後，已成為路橋長期實時健康監測的主要瓶頸。國內外在路橋用埋入式微電源方面研究還處在起步階段。在考慮路橋複雜應力和惡劣環境的基礎上，研究微型壓電發電裝置的力電轉化效率，開展電路對充電速率和電能收集效率影響的研究，研究封裝材料和封裝方法對微型壓電發電裝置發電效率的影響；最後進行微型壓電發電裝置的穩定性和耐久性研究，最終得到可用於路橋健康監測用的微型壓電發電裝置。該項目研究為路橋實時、長期的健康監測系統發展具有很大推動作用，同時為開發其它的微型電源提供了可借鑑的理論和方法。
結題摘要
路橋耐久性和安全性問題日益引起人們的普遍關注。傳統的監測系統不但耗資大，而且安裝不方便，且很難實現實時監測。無線監測系統確保了低廉的造價和安裝費用,並使感測器之間的通訊可靠。但微型電源作為其中關鍵的基礎部件發展相對滯後，已成為路橋長期實時健康監測的主要瓶頸。本項目開展了埋置於瀝青路面中的微型疊堆式壓電換能器、鈸式和開槽鈸式換能器理論分析、有限元模擬及試驗；壓電複合材料的製備及性能評價；微型壓電換能器的封裝盒的設計和製備，微功率電路設計；以及微型壓電發電裝置耐候性和疲勞性能。研究得到了適合於路面能量收集的四種材料和疊堆式壓電發電的力-電轉化方程；選擇出適合於疊堆式發電機的封裝材料為尼龍，鈸式換能器的金屬帽材料為銅片；研製出疊堆式壓電發電單元，開槽式微型壓電發電單元和一種瀝青基壓電複合材料；設計了兩種微電路。埋置於瀝青混凝土中的疊堆式壓電發電裝置在不同溫度和濕度長時間放置後，壓電性能基本不變或者小幅降低；經50萬次疲勞試驗後，微型壓電發電裝置的發電能力略有增長。該項目研究為路橋實時、長期的健康監測系統發展具有很大推動作用，同時為開發其它的微型電源提供了可借鑑的理論和方法。
