电气工程的一个主要部分专注于利用我们周围的其他能源发电的新方法，另一个主要部分专注于调节它。一种新颖的传感器把机械能直接转化为电能不需要典型的发电机的旋转运动-压电发电机。

自压电发电机不需要运动部件，它可以做得非常紧凑，可靠，持久;这也使信号的条件反射更容易。压电元件有很多种，如下图所示(来源:陶瓷)，每种元件都有不同的形状和特性。让我们讨论压电发电机的工作原理并详细介绍了它的性质。

什么是压电效应?它是如何工作的?

压电是由于对某些材料施加机械应力而产生的电，如晶体(石英)、陶瓷(锆钛酸铅)，甚至一些生物材料，如骨头和DNA。

实际的机理涉及到电偶极子的产生，这是两个相对的电荷，相隔很短的距离，可以松散地与晶体结构中的条形磁铁相比较。

当一个力作用在晶体上时，晶格结构的微小变化会诱发电偶极子的形成，进而在晶体的表面产生电压。

这个电压使少量的电荷可用来为外部电路供电。这种效应也会反过来起作用，施加在压电元件上的电压会使其沿平面变形。压电蜂鸣器和超声波换能器就是这样工作的。

让我们仔细看看一种常见的压电材料，石英。

石英是化合物二氧化硅的结晶形式，它有一个硅原子被按六角形排列的四个氧原子包围。通常，六边形的每个顶点都有一个氧原子或硅原子交替排列。

每个原子都携带少量电荷。就石英而言，氧原子带负电荷，硅原子带正电荷。由于原子之间的距离相等，电荷在每个顶点上都是平衡的，所以没有净偶极矩。

当晶体沿着六边形相反的两条边变形时，结构就会变平，两端相反顶点之间的距离就会增加。这导致沿中轴的电荷不平衡，产生一个小的偶极矩．

这个偶极矩在晶体上产生一个垂直于施加的力的小电压。

输出特性和信号调理

形成的电源类似于一个leyu乐鱼官网入口 它比其他任何东西都重要，因为每次施加应力只能产生一个离散的电荷量。输出是高电压低电流脉冲，必须在使用前进行调节。

的调节电路通常涉及一个整流器与低向前下降和一个leyu乐鱼 将高电压转换为较低的可用电压，一个存储元件，通常是一个超级电容器，以储存能量和DC-DC变换器转换能量为可用的形式。

现在有许多芯片可以把所有的东西放在一个小的包里，例如LTC3588它需要很少的外部组件和内置的功率转换器电路，包括功率开关，这使得它很容易实现低功率压电能量收集系统．

为了连续地发电，需要一个恒定振荡的机械能源。这可能是发动机或其他机械设备运行时产生的振动。

然而，当机械振动远离共振频率时压电元件时，介电损耗增大。这可以通过使元件具有与机械振动源相同的共振频率来解决，这可以通过改变尺寸来实现。

的压电常数压电晶体的单位是C / N(库仑每牛顿)。这基本上是指每牛顿的力所产生的电荷。这个值取决于材料、晶体的材质和尺寸。

常用压电材料

压电材料既可作为自然产生的元素，也可作为人工产生的元素。下面将介绍一些著名的压电材料。

天然物质:

石英是人们发现的第一种具有压电效应的天然材料。石英由氧化硅构成，其压电系数约为2pC/N。

其他材料如罗谢尔盐(酒石酸钾钠)和蔗糖(普通糖)也表现出压电性。

人工产生的物质:

陶瓷通常用作压电元件。一些例子包括氧化锌、钛酸钡和锆钛酸铅。

压电发电机的优点和局限性

压电发电机最大的优点是其体积和用途广泛。压电元件通常非常扁平，在一定程度上非常灵活，所以很容易将它们纳入许多东西。

一个常见的例子是在鞋类中加入这种传感器。每走一步，元件就会被压缩并产生电能。虽然产生的电量很少，但它可以被调节和储存起来，以便以后做一些有用的事情，比如给手机充电或为紧急手电筒供电。

多个单元也可以堆叠以提供更多的输出功率，然而，在某个点之后，由于它们需要更多的力来压缩，收益递减。

由于压电元件从设备中收集废弃的能量，例如，连接在电机上的压电元件就可以从振动中获取能量振动能转化为电能，降低了噪声。

然而，压电发电机最大的缺点是输出功率有限。由于它与电容器非常相似，要获得恒定的能量输出，它必须通过振动。输出是交流的，因此需要一些信号调节将其转换为直流和可用的电压和电流水平。

考虑到这些限制和好处，压电元件非常适合具有大量机械振动的工业环境，可用于为用于监控设备的小型物联网微控制器提供动力。

总之，压电发电机利用压电效应将机械能转化为电能。它们的输出功率低，适用于从机械振动源为低电流传感器供电，因此可以收集原本会被浪费的能量。