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　　1.4 压电材料产能机理

　　压电效应分为正压电效应和逆压电效应。所谓正压电效应，是指某些物质沿一个方向受到外力作用时，在其表面上便产生电荷，当外力去掉后，表面的电荷随之消失。反之，如果将这种物质置于电场中，在电场作用下产生机械变形，当外电场去掉后，变形也随之消失，这种现象称之为逆压电效应。准确地说，压电发电技术是利用压电材料的正压电效应，将机械振动能量转变为电能，实现发电的目的。

　　实际应用时为了增大输出值，压电材料往往需要用两个或两个以上串联或并联使用。并联时，输出电荷量大、电容大、时间常数大，适宜缓变信号作用和以电荷输出的场合；串联时，输出电压大、电容小、时间常数小，适宜高频信号作用和以电压输出的场合。

　　1.5 高效压电材料PVDF结构及其电性能

　　PVDF是目前压电性能最优的压电材料之一，作为一种新型薄膜状换能材料具有质地轻软、可绕性好、压电特性好等特点。与目前常用的无机物压电材料（如石英、压电陶瓷类）相比，它还具有声阻抗小、频率响应宽、介电常数小、耐冲击性强，便于加工成任意形状等优点。

　　本设计利用PVDF的可延展性和压电特性，建立压电发电公路。

　　2 系统发电量分析

　　2.1 压电材料产生电能的等效模型

　　为了详细地了解压电材料产生电荷的机理，本设计采用了有限元分析法，截取了一小块压电材料的一个截面进行受力及电荷产生的分析。图3为一块压电材料的一个截面图。

　　压电元件在压力作用下，会产生形变。由于压电效应，压电材料上下表面产生电荷，此时，压电元件相当于一个电容，电容在两极产生电荷后就储存能量。

　　从电学角度来看，压电元件可以简化为一个正弦电流源iP（t），与内在的电极电容CP并联。假设电流源与电极电容恒定，负载可调，由戴维南等效定理可得该电路的阻抗为：

　　可求出电路输出电压：

　　输出功率：

　　当R=1/（CP）时，即外接负载电阻和压电元件等效阻抗相匹配，负载吸收的能量最大。