堆棧式壓電換能器在路面振動環境中的輸出效能研究

黃　斌，魏　亞，路凱冀,汪林兵

(1.交通運輸部公路科學研究院，北京　100088；2.清華大學　土木水利學院，北京　100084；3.北京科技大學　國家材料服役安全科學中心，北京　100083)

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堆棧式壓電換能器在路面振動環境中的輸出效能研究

黃斌1,2，魏亞2，路凱冀1,汪林兵3

(1.交通運輸部公路科學研究院，北京100088；2.清華大學土木水利學院，北京100084；3.北京科技大學國家材料服役安全科學中心，北京100083)

為探究堆棧式壓電換能器在路面振動環境中的輸出效能及影響因素，采用試驗機模擬接近路面環境下的振動加載測試，測試了堆棧式壓電換能器在不同內部連接方式、不同載荷及加載頻率下的輸出情況，并進一步測試了柔性封裝的并聯堆棧式換能器的輸出損失情況。結果表明，相同外部載荷下，并聯連接的換能器輸出電能較串聯連接的高；在測試的范圍內，外部作用載荷越大、頻率越高，換能器輸出的電能越大；采用有機硅橡膠作柔性封裝的換能器，電能輸出損失不大；在路面結構中可通過增加換能器頂部載荷作用面積以增大換能器內部應力的方法，提高換能器的電能輸出。

道路工程；堆棧式壓電換能器；試驗研究；能量收集；路面振動

0　引言

隨著經濟的發展，我國的公路建設方興未艾。截至2014年，我國僅高速公路總里程就已超過11萬km，這些公路平均每天承受著數以萬次的車輛軸載作用，由這些軸載作用產生的巨大的振動能量最終都會以熱能形式耗散在環境中。利用壓電材料的壓電效應將路面上軸載作用產生的振動能量轉化為電能并收集存儲，可廣泛應用在道路交通照明、交通指示標識、可變交通情報板、路面傳感器等領域[1]，為交通附屬設施供電，是一種理想的可再生能源收集方法。……