功率放大器在管道內檢測智能球旋轉能量研究中的應用
實驗名稱:管道內檢測智能球旋轉能量收集
研究方向:管道檢測
測試目的:
以管道內檢測智能球的運動特性分析爲基礎,提出適用于智能球的旋轉壓電能量收集結構,建立機電耦合模型,分析集能器響應特性,明確智能球自供能集能器設計的關鍵技術點。
測試設備:ATA-3080功率放大器、信號發生器、電磁激振器、加速度傳感器、示波器等。
圖:單軸振動實驗平台
實驗過程:
旋轉實驗平台如下圖所示,旋轉運動由電機産生,控制器用于調節速度,電機通過軸連接到亞克力材質轉盤,壓電集能器輸出端通過滑環連接到示波器或采集卡。
圖:旋轉實驗平台示意圖
實驗中,壓電集能器由商用的壓電纖維複合材料與6061T鋁合金構成,壓電材料尺寸101×20×0.21mm,懸臂梁尺寸101×20×0.33mm,質量塊10g,負載電阻1MΩ。壓電材料使用環氧樹脂粘合劑與懸臂梁基底粘合,MFC的電極直接連接到負載電阻兩端。振動及旋轉激勵下的集能器穩態時域響應如下圖所示,分別選擇共振頻率12.3Hz、8.7Hz的1s數據。
圖:振動與旋轉激勵下的集能器時域響應
實驗結果:
振動與旋轉集能器響應均呈現了近似正弦特性,其中旋轉集能器由于基座重量導致旋轉存在一定不均勻性,不同頻率激勵下的穩態輸出電壓有效值如下圖所示。
圖:振動與旋轉激勵下的集能器頻率響應統計
在振動與旋轉激勵實驗條件下,同參數集能器分別在12.3與8.7Hz達到共振狀態,仿真中分別在12.29Hz與8.70Hz取得峰值,旋轉集能器的共振頻率更低,振動集能器共振頻率近似爲旋轉集能器的√2倍。
旋轉與振動集能器的響應峰值電壓分別爲35.04V與25.64V,對應的峰值功率爲1.23mW與0.66mW,仿真中的峰值電壓分別爲37.89V與27.27V,比值分別約爲實驗1.367、仿真1.389,由于實驗並非理想開路狀態,開路狀態下振動集能器幅值未達到旋轉集能器的√2倍。然而,旋轉集能器具有更窄帶寬,振動集能器6dB帶寬(功率下降爲25%,電壓下降爲50%)爲1.2Hz,旋轉集能器6dB帶寬0.6Hz,下降一倍,旋轉集能器的寬頻帶實現更爲困難。
安泰ATA-3080功率放大器:
圖:ATA-3080功率放大器指標參數
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本文實驗案例參考自知網論文《管道內檢測智能球自供能能量收集關鍵技術研究》
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