實驗名稱：基于駐極體靜電增強的電場能量采集器輸出特性分析

測試設備：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：電場結構域測試系統(tǒng)結構流程圖

實驗過程：

測試的過程是將采集器放于自制電場的水平面上，數(shù)字初始預設值包含數(shù)字波形發(fā)生器、高壓放大器及極板電場的相對位置。針對測試條件進行選擇包括頻率(Hz)和場強(E)，通過數(shù)字示波器對交變電壓信號進行測量計算從而反饋調節(jié)得到有效電場，而使用靜電表對能量采集器經過電場力驅使后得到測試的輸出電流及電壓并且進行記錄，并且通過P=U2/R公式計算出采集器的輸出功率，從而得到輸出功率與環(huán)境條件（如場強、力、頻率等）之間的關系。

圖：電場結構域測試系統(tǒng)結構實物圖

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，表面電荷量與表面電位有正相關，而儀器能夠直接測量的是表面電位。又有由第二章駐極體的制備已知，其表面電荷的陷阱穩(wěn)定性與充電相關因素有關，由此設定相同的電場和頻率條件下對不同表面電位的高絕緣性聚合物薄膜進行實驗觀察。實驗條件為發(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驗條件下得到的輸出電壓如圖3所示。

圖3：表面電位對輸出電壓的影響

實驗結果：

由上圖可以看出駐極體薄膜的表面電位越高，電場能量采集器的輸出電壓越大。由此說明了理論分析中駐極體薄膜的表面電位對輸出功率的正比關系。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，本次實驗中選取表面電位為-700V的駐極體材料。

由上述原理分析可知，電場能量采集器結構本身的諧振頻率點和尺寸大小和材料性質有相當大的關系。

電壓放大器推薦：ATA-7010

圖：ATA-7010高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇