2.2 壓電材料施力模式及電能計算

　　在實際使用壓電材料時，通常采用如下兩種施加力的方式：31模式和33模式。31模式表示坐標3方向施加應(yīng)用，坐標1輸出能量；33模式表示坐標3施加應(yīng)用，坐標3輸出能量，如圖4所示。由于使用模式33時可以獲得更大的輸出功率，因此本設(shè)計采用33模式進行設(shè)計計算。

　　在外界壓力作用下的壓電材料產(chǎn)生的電荷和電壓為：

　　將壓電材料等效為一個電容，其儲能公式是：

　　式中：d33為壓電材料的壓電常數(shù)；F為作用在壓電材料表面的應(yīng)力；Afp是作用力施加的區(qū)域；l,w和t分別是壓電材料的長、寬和厚度；r為壓電材料的相對介電常數(shù)；0為真空介電常數(shù)。

　　3 系統(tǒng)電路的設(shè)計

　　3.1 無線傳感控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　系統(tǒng)采用的方案是，將相鄰的四片壓電材料通過一個無線傳感器進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)高效、迅速、靈敏且最大限度地收集壓電材料所產(chǎn)生的電能。系統(tǒng)無線傳感控制系統(tǒng)與電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計原理圖如圖5所示。

　　無線傳感控制系統(tǒng)的工作原理：預(yù)先設(shè)定無線傳感器的額定工作頻率及轉(zhuǎn)換的額定工作電壓，只有相鄰的壓電應(yīng)變片達到預(yù)設(shè)的工作頻率，其應(yīng)變才能被無線傳感器檢測到，其產(chǎn)生的電能才可以被無線RF傳輸電路傳遞給電網(wǎng)集成電路集中收集。