Au cours des dernières années, la demande d’appareils électroniques portables à faible consommation a augmenté rapidement. Et il existe des options très limitées pour alimenter ces petits appareils électroniques portables comme les piles alcalines ou l’énergie solaire, etc. Nous utilisons donc ici une méthode différente pour générer une petite quantité d’énergie qui utilise un capteur piézoélectrique. Ici, nous allons construire Circuit de production d’énergie Footstep pour produire de l’électricité. Vous pouvez en savoir plus sur l’effet piézoélectrique en suivant ce circuit de transducteur piézoélectrique.
Qu’est-ce que l’effet piézoélectrique ?
Effet piézoélectrique est la capacité de certains matériaux piézoélectriques (tels que le quartz, la topaze, l’oxyde de zinc, etc.) à générer une charge électrique en réaction à la contrainte mécanique. Le mot « piézoélectrique » est dérivé du mot grec « piezein » qui signifie pousser, presser et appuyer.
De plus, l’effet piézoélectrique est réversible, ce qui signifie que lorsque nous appliquons une contrainte mécanique au matériau piézoélectrique, nous recevons une charge électrique en sortie. Et lorsque nous appliquons de l’électricité au matériau piézoélectrique, celle-ci comprime ou étire le matériau piézoélectrique.
L’effet piézoélectrique est utilisé dans diverses applications impliquant
- Production et détection du son
- Génération de haute tension
- Génération de fréquence électronique
- Microbalances
- Focalisation ultra fine des ensembles optiques
- Applications quotidiennes comme les briquets
Le résonateur utilise également l’effet piézoélectrique.
Matériaux piézoélectriques
De nombreux matériaux piézoélectriques sont désormais disponibles, même naturels et artificiels. Les matériaux piézoélectriques naturels comprennent le quartz, le sucre de canne, le sel de Rochelle, la tourmaline topaze, etc. Les matériaux piézoélectriques artificiels comprennent le titanate de baryum et le titanate de zirconate. Il existe certains matériaux indiqués dans le tableau ci-dessous dans la catégorie des naturels et synthétiques :
|
Matériau piézoélectrique naturel |
Matériau piézoélectrique synthétique |
|
Quartz (le plus utilisé) |
Titanate de zirconate de plomb (PZT) |
|
Sel de Rochelle |
Oxyde de zinc (ZnO) |
|
Topaze |
Titanate de baryum (BaTiO3) |
|
TB-1 |
Céramiques piézoélectriques Titanate de baryum |
|
TBK-3 |
Titanate de baryum et de calcium |
|
Saccharose |
Orthophosohate de gallium (GaPO4) |
|
Tendon |
Niobate de potassium (KNbO3) |
|
Soie |
Titanate de plomb (PbTiO3) |
|
Émail |
Tantalite de lithium (LiTaO3) |
|
Dentine |
Langasite (La3Géorgie5SiO14) |
|
ADN |
Tungstate de sodium (Na2WO3) |
Composants requis
- Capteur piézoélectrique
- LED (bleue)
- Diodes (1N4007)
- Condensateur (47uF)
- Résistance (1k)
- Bouton
- Fils de connexion
- Planche à pain
Schéma du circuit de production d’énergie Footstep
UN capteur piézoélectrique est constitué d’un matériau piézoélectrique (le quartz le plus utilisé). Il permet de convertir la contrainte mécanique en charge électrique. La sortie du capteur piézoélectrique est AC. Nous avons besoin d’un pont redresseur complet pour le convertir en courant continu. La tension de sortie du capteur est inférieure à 30 Vp-p, vous pouvez alimenter la sortie du capteur piézoélectrique ou la stocker dans une batterie ou d’autres périphériques de stockage. Le impédance du capteur piézoélectrique est inférieur à 500 ohms. La plage de températures de fonctionnement et de stockage est respectivement de -20°C~+60°C et -30°C~+70°C.
Après avoir effectué les connexions conformément aux Schéma de circuit du capteur piézoélectriquelorsque nous appliquons une contrainte mécanique au capteur piézoélectrique, celui-ci génère une tension. La sortie du capteur piézoélectrique est sous forme alternative. Pour le convertir du courant alternatif en courant continu, nous utilisons un pont redresseur complet. La sortie du redresseur est connectée à travers un condensateur de 47 uF. La tension générée par le capteur piézoélectrique est stockée dans le condensateur. Et lorsque le bouton-poussoir est enfoncé, toute l’énergie stockée est transférée à la LED et la LED s’allume jusqu’à ce que le condensateur soit déchargé.
Dans ce circuit, la LED brille pendant une fraction de seconde. Pour augmenter le temps d’allumage de la LED, vous pouvez augmenter la valeur nominale du condensateur, mais la charge prendra plus de temps. Même, tu peux connectez plus de capteurs piézoélectriques en série pour générer plus d’énergie électrique. En outre, la diode est utilisée pour bloquer le courant passant du condensateur au capteur piézoélectrique et la résistance est une résistance de limitation de courant. La LED peut également être directement connectée au capteur piézoélectrique mais elle s’éteindra dans un instant car il n’y aura pas de condensateur pour maintenir le courant.
Vidéo de démonstration pour cela Système de production d’énergie à pied est donné ci-dessous.
Retrouvez l’histoire de Raspberry Pi dans cette vidéo :
