實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：基于駐極體靜電增強(qiáng)的電場(chǎng)能量采集器輸出特性分析

測(cè)試設(shè)備：ATA-7010高壓放大器、波形發(fā)生器、數(shù)字示波器、能量采集器等。

圖1：電場(chǎng)結(jié)構(gòu)域測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

測(cè)試的過(guò)程是將采集器放于自制電場(chǎng)的水平面上，數(shù)字初始預(yù)設(shè)值包含數(shù)字波形發(fā)生器、高壓放大器及極板電場(chǎng)的相對(duì)位置。針對(duì)測(cè)試條件進(jìn)行選擇包括頻率(Hz)和場(chǎng)強(qiáng)(E)，通過(guò)數(shù)字示波器對(duì)交變電壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量計(jì)算從而反饋調(diào)節(jié)得到有效電場(chǎng)，而使用靜電表對(duì)能量采集器經(jīng)過(guò)電場(chǎng)力驅(qū)使后得到測(cè)試的輸出電流及電壓并且進(jìn)行記錄，并且通過(guò)P=U2/R公式計(jì)算出采集器的輸出功率，從而得到輸出功率與環(huán)境條件（如場(chǎng)強(qiáng)、力、頻率等）之間的關(guān)系。

圖：電場(chǎng)結(jié)構(gòu)域測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)物圖

由能量采集理論分析可知，輸出電壓與表面電荷量有正相關(guān)，表面電荷量與表面電位有正相關(guān)，而儀器能夠直接測(cè)量的是表面電位。又有由第二章駐極體的制備已知，其表面電荷的陷阱穩(wěn)定性與充電相關(guān)因素有關(guān)，由此設(shè)定相同的電場(chǎng)和頻率條件下對(duì)不同表面電位的高絕緣性聚合物薄膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察。實(shí)驗(yàn)條件為發(fā)生器輸出電壓20Vp-p，頻率為40Hz，增益為50，薄膜厚度選最優(yōu)的30um。選擇高絕緣性聚合物薄膜的表面電位分別為-300V、-400V、-500V、-600V、-700V。薄膜具有不同的表面電位在既定的實(shí)驗(yàn)條件下得到的輸出電壓如圖3所示。

圖3：表面電位對(duì)輸出電壓的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

由上圖可以看出駐極體薄膜的表面電位越高，電場(chǎng)能量采集器的輸出電壓越大。由此說(shuō)明了理論分析中駐極體薄膜的表面電位對(duì)輸出功率的正比關(guān)系。因此在駐極體充電盡可能優(yōu)化的條件下，盡可能選用駐極體材料表面電位高的材料，本次實(shí)驗(yàn)中選取表面電位為-700V的駐極體材料。

由上述原理分析可知，電場(chǎng)能量采集器結(jié)構(gòu)本身的諧振頻率點(diǎn)和尺寸大小和材料性質(zhì)有相當(dāng)大的關(guān)系。

電壓放大器推薦：ATA-7010

圖：ATA-7010高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇