Экспериментально-теоретические и модельные исследования перспективных пьезоэлектрических генераторов и беспроводных пассивных датчиков на поверхностных акустических волнах

Целью настоящей НИР является оптимизация механических и электрофизических свойств перспективных материалов, а также усовершенствование конструкций и улучшение характеристик пьезоэлектрических генераторов (ПЭГ) и беспроводных пассивных датчиков на поверхностных акустических волнах (ПАВ) на основе разработки и развития методов математического моделирования и физического эксперимента. На основе математического моделирования и использования вариационного подхода для решения задачи о вынужденных колебаниях флексоэлектрической балки показано, что электрический потенциал может возникать в неполяризованных образцах. Вариация константы, отвечающей за величину возникающего потенциала, возможна лишь до определённого момента, когда эффективная жесткость становится отрицательной, а результаты теряют физический смысл. Разработаны конечно-элементный и экспериментальный подходы к моделированию колебаний нового типа пьезоэлектрического генератора (ПЭГ) с присоединенной массой и активным основанием, в качестве последнего использованы цилиндрические пьезоэлементы, расположенные вдоль оси генератора. Представлены результаты модального и гармонического анализа колебаний. Разработанная методика экспериментального анализа колебаний, и созданный лабораторный стенд позволили получить экспериментальные результаты для выходных характеристик пьезоэлектрического генератора при низкочастотном нагружении, отличающиеся от конечно-элементных результатов в пределах 5%. Выполнен сравнительный анализ конструкций акустических датчиков на ПАВ, который свидетельствует, что наиболее оптимальной конструкцией такого датчика должна быть конструкция с внешним импедансом. Исследованы линии задержки на ПАВ и соответствующие экспериментально-теоретические методы, использованные для решения поставленных задач. Проанализировано современное состояние исследований термоэлектрических преобразователей, позволяющее сделать вывод о возможности получения электрической энергии не только при наличии разности температур, но и при ее отсутствии. Исследованы полевые транзисторы, представляющие собой МДПМ-структуры, являющиеся прообразом перспективного термоэлектрического преобразователя. Проведено теоретическое обоснование и выполнен эксперимент, которые показывают, что предложенная схема термоэлектрического преобразователя производит на 52 % электрической мощности больше, чем он потребляет от источника напряжения за счет поглощения тепла из окружающей среды. Проведены экспериментальные исследования функциональных возможностей перспективного оптического устройства для измерений перемещений поверхностей объектов контроля, разработанного на основе нового интерференционного метода измерений – метода «светящейся точки» при различных возможных вариантах геометрических характеристик оптической схемы. Получены результаты, характеризующие особенности функциональных возможностей предлагаемого устройства, которые необходимо учитывать при решении практических измерительных задач.