برداشت کننده های انرژی

فرآيند به دست آوردن انرژي از محيط اطراف و تبديل آن به انرژي الکتريکي قابل استفاده را برداشت انرژي گويند. با پيشرفت‌هاي اخيرتکنولوژي در زندگي روزمره، تقاضا براي وسايل الکترونيکي قابل حمل و کم‌مصرف رو به افزايش است. چون اين وسايل قابل حمل هستند، ضروري است که بتوانند منبع ذخيره انرژي خود را نيز حمل کنند. به طور سنتي اين سيستم‌ها از باتري به عنوان منبع انرژي استفاده مي‌کنند.

مشکل اصلي استفاده از باتري‌ها اين است که آنها عمر محدودي دارند وتعويض آ‌ن‌ها مي‌تواند به يک کار تکراري و خسته‌کننده تبديل شود. حتي درمورد وسايلي مانند سنسورهاي بيسيم که مي‌توانند در مناطق غيرقابل‌دسترس، مانند بدنه پل‌ها، بر روي حيوانات براي رديابي آن‌ها و يا همچنين برروي سيستمهاي GPSنصب شوند، تعويض باتري مي‌تواند امري غيرممکنباشد.در چنين مواردي تنها راه تغذيه اين تجهيزات، استفاده از انرژي محيطي، همچون انرژي مکانيکي(ارتعاشات) است. يکجا بودن منبع تغذيه وسنسورها، باعث کاهش تلفات انرژي شده و ميزان سيم کشي‌هاي لازم جهت تغذيه سنسورها را کاهش مي‌دهد.

در ميان مکانيزمهاي مختلفي که براي تبديل انرژي مکانيکي(ارتعاشات) به الکتريسيته وجود دارد(از قبيل الکترومغناطيس، پيزوالکتريک والکترواستاتيک)، مکانيزم پيزوالکتريک به دليل راحتي استفاده از آن، دارابودن خاصيت ذاتي کوپلينگ الکترومکانيکي و همچنين چگالي توان بالا،بيشترين توجه را به خود اختصاص داده است.

متداولترين وسيله برداشت کننده انرژي از ارتعاشات، تير يکسرگيردار بايک يا چند لايه پيزوسراميک (PZT)است که بر روي يک سازه مرتعش قرارميگيرد. کرنش ديناميکي ايجاد شده در لايه هاي پيزوالکتريک منجر به توليدولتاژ الکتريکي ميگردد که به وسيله الکترودهايي که سطح لايه پيزوالکتريکرا مي پوشانند، جمع آوري و ذخيره ميگردد. از لحاظ رياضي فرايند تبديل انرژي مکانيکي(ارتعاشات) به انرژي الکتريکي قابل استفاده را ميتوان به وسيله روابط ساختاري پيزوالکتريک و همچنين روابط مقاومت مصالح تشريح نمود.