Návrh topologie kompozitního piezokeramického snímače

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá návrhem a numerickým modelováním piezokeramického snímače, který je umístěn na kolejnici z důvodu generování elektrické energie pro bezdrátové senzory monitorující železniční dopravu a stav kolejí. Práce se dá rozdělit do tří oblastí. První část se věnuje teoretickým základům piezoelektrické přeměny a následně jsou uvedeny příklady použití piezoelektrického generátoru v železniční oblasti. Ve druhé části je provedena parametrická analýza na numerickém modelu pro zjištění vhodného umístění piezoelektrického generátoru na kolejnici, k tomu byl použit homogenizovaný model MFC snímače. Výsledky z numerického modelu byly následně porovnány s provedeným experimentem. Třetí část se již věnuje návrhu vlastního piezokeramického snímače, který je aplikován na vybrané vhodné místo na kolejnici. Výsledky z provedeného numerického výpočtu ukazují vhodnost použití tohoto snímače pro monitorování železnice.

This master thesis deals with design and numerical modelling of piezoceramic sensor, which is placed on a rail, in order to generate electrical energy, which can be used for wireless monitoring of railway traffic and to monitor the condition of the railway. The thesis is divided into three parts. Theoretically background of piezoelectric energy harvesting is described in first part, where some previous application of piezoelectric generator in railway area are shown. In the second part, parametric analysis of numerical model is performed, which directly leads to finding best location on a rail, where piezoelectric generator should be placed. For this analysis the homogenized model of MFC sensor was used. Results of the numerical model were then compared with the results of the conducted experiment. The third part presented own design of piezoceramic sensor, which is placed onto most suitable location on a rail. Results from numerical analysis shown eligibility of using piezoceramic sensor to monitor the railway traffic.