Дослідження принципів перетворення акустичних хвиль в електричний струм та виготовлення прототипу акустичної панелі перетворювача, ч.1
Автор: Пилат Маркіян Олегович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Телекомунікації та радіотехніка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: У даній магістерській кваліфікаційній роботі було проведене дослідження перетворення акустичної енергії у електроенергію за принципом п’єзоефекту. П’єзоефект — виникнення електричних зарядів (п’єзоелектрики) на гранях деяких кристалів при їхній деформації (прямий п’єзоефект), або навпаки — виникнення деформації цих кристалів внаслідок дії електричного поля (зворотний п’єзоефект). Прямим п’єзоелектричним ефектом називають явище поляризації діелектрика під дією механічної напруги, тобто під час деформації виникає електричне поле. Оберненим п’єзоефектом називають процес деформації п’єзоелектрика внаслідок впливу зовнішнього електричного поля. П’єзоефект використовується в акустоелектроніці для створення джерел УЗ хвиль, випромінювачів і приймачів звуку, в мікрофонах, резонаторах, тобто у тих випадках, коли необхідно перетворити механічні коливання в електричні або навпаки. Крім того, у медицині п’єзоефект використовують в датчиках для вимірювання пульсу, у віброметрах - приладах для вимірювання вібрацій. П’єзоелектричний ефект був експериментально відкритий братами П’єром і Жаком Кюрі в 1880 році у кристалічному кварці, який і до цих пір залишається одним із найкращих п’єзоелектриків через малі втрати енергії. Створено модель п’єзогенератора, який здатний поглинати акустичні хвилі та на основі прямого п’єзоефекту виробляти електричний струм. З таких генераторів повинна складатись власне акустична панель. 6 Було також проаналізовано вже існуючі види перетворення акустичної енергії та їх особливості. Складено структурно-функціональну схему перетворення акустичної енергії у механічну, а згодом – у електричну. Користуючись можливостями пакета моделювання у програмі COMSOL Multiphysics було проведено моделювання, за результатами якого було визначено, що в режимі холостого ходу на частоті 750 Гц ми можемо теоретично отримати до 1,81 В напруги. З змодельованим виробом було проведено дослідження використовуючи різні п’єзоелементи. Було отримано різні значення напруги при різних частотах: найвище значення напруги отримано на частотах 500-750Гц – від 0,97 до 1,81 В. Після порівняння результатів було обрано елемент, з яким було отримано найвищу напругу. Дослідження може бути корисним у вигляді як новий спосіб отримання електроенергії з джерела, яке ще не до кінця досліджене і є певною мірою новинкою. Шум та звук є постійна складова у багатьох місцях нашої планети, його можна почати використовувати для живлення малоспоживних приладів чи освітлення наприклад вулиць. Крім цього було обраховано економічну доцільність проведення даного дослідження, розраховано його вартість, економічний ефект у сфері дослідження, загальний економічний ефект. В кінці кожного розділу наведено висновки. В кінці роботи подано загальний висновок з аналізом проведеної дослідницької роботи з подальшими пропозиціями в цій галузі. В загальному звіт складається із: 76 сторінок, 25 рисунків, 27 літературних джерел. Ключові слова: акустичні хвилі, п’єзоефект, звук, шуми, енергія, , перетворювач, генератор, акустична панель, джерело енергії, прямий п’єзоефект, зворотний п’єзоефект, акустооптика, п’єзоперетворювач, п’єзоелектрики, мікроелектромеханічні системи (МЕМС)