基于壓電陶瓷的無(wú)線鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)①

周明龍， 程晶晶， 李 文， 楊 娟

(1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽蕪湖 241000;2.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001)

現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)線鼠標(biāo)都需要外置供電電源，供電電源有干電池式、充電鋰電池式等等.這些都要消耗能源，不能節(jié)約能源，還容易造成污染[1～3].因此，為了達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，需要對(duì)無(wú)線鼠標(biāo)進(jìn)行改進(jìn)[4～6].為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種無(wú)需外置電源、節(jié)能環(huán)保的基于壓電陶瓷的無(wú)線鼠標(biāo)，省去了干電池或鋰電池或蓄電池，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約了能源，減少了環(huán)境的污染.

1 壓電陶瓷技術(shù)[7～12]

壓電陶瓷作為信息功能的一種壓電材料，它可以使得機(jī)械能和電能之間能夠相互的進(jìn)行轉(zhuǎn)換.壓電陶瓷具有非常優(yōu)異的壓電性能，即壓電性具有正逆壓電的特性，其還具有彈性、介電性等特性，已在電子、聲傳感器、聲換能器、頻率控制裝置等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[7～9].

用壓電陶瓷制成的壓電陶瓷發(fā)電裝置可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，壓電能量收集裝置作為一種新型的微型發(fā)電裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)熱量小、無(wú)電磁干擾，易于加工制作和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的小型化、集成化等，尤其適用于各類(lèi)傳感及檢測(cè)系統(tǒng)[10～12].

2 無(wú)線鼠標(biāo)的技術(shù)方案

為了達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果，基于壓電陶瓷的無(wú)線鼠標(biāo)所采用的技術(shù)方案是:基于壓電陶瓷技術(shù)的無(wú)線鼠標(biāo)，包括鼠標(biāo)控制單元、無(wú)線射頻發(fā)射單元、位移檢測(cè)單元和按鍵單元，還包括設(shè)在鼠標(biāo)內(nèi)部的與所述按鍵單元接觸的壓電陶瓷發(fā)電裝置，該壓電陶瓷發(fā)電裝置通過(guò)處理電路與所述鼠標(biāo)控制單元、無(wú)線射頻發(fā)射單元和位移檢測(cè)單元連接[13].

所述壓電陶瓷發(fā)電裝置主要由材質(zhì)為PZT的4片壓電陶瓷片疊壓構(gòu)成，壓電陶瓷片的電極并聯(lián).所述壓電陶瓷發(fā)電裝置采用懸臂梁支撐結(jié)構(gòu)安裝在鼠標(biāo)內(nèi)部.

3 具體設(shè)計(jì)方案

如圖1所示為基于壓電陶瓷的無(wú)線鼠標(biāo)原理示意圖，圖中:1為壓電陶瓷發(fā)電裝置;2為處理電路;3為無(wú)線射頻發(fā)射單元;4為鼠標(biāo)控制單元;5為位移檢測(cè)單元;6為滾輪單元;7為按鍵單元;8為開(kāi)關(guān)元件;9為指示燈.

基于壓電陶瓷的無(wú)線鼠標(biāo)包括鼠標(biāo)控制單元、無(wú)線射頻發(fā)射單元、位移檢測(cè)單元、按鍵單元、滾輪單元、開(kāi)關(guān)元件和指示燈，還包括設(shè)在鼠標(biāo)內(nèi)部的壓電陶瓷發(fā)電裝置，壓電陶瓷發(fā)電裝置的上端與按鍵單元接觸，以接收按鍵的作用力.該壓電陶瓷發(fā)電裝置通過(guò)處理電路與所述鼠標(biāo)控制單元、無(wú)線射頻發(fā)射單元和位移檢測(cè)單元連接，當(dāng)人手按壓鼠標(biāo)的按鍵單元時(shí)，壓電陶瓷發(fā)電裝置的壓電材料在人手力的作用下產(chǎn)生電荷，產(chǎn)生的電荷經(jīng)過(guò)處理電路能為無(wú)線射頻發(fā)射單元、鼠標(biāo)控制單元、位移檢測(cè)單元提供電源，使它們正常工作.開(kāi)關(guān)元件和鼠標(biāo)控制單元、處理電路和指示燈連接，控制鼠標(biāo)的開(kāi)啟和關(guān)閉.

圖1 基于壓電陶瓷的無(wú)線鼠標(biāo)的原理示意圖

具體地說(shuō)，壓電陶瓷發(fā)電裝置主要由四片壓電陶瓷片疊壓構(gòu)成，壓電陶瓷片的電極并聯(lián).壓電陶瓷片的材質(zhì)為PZT，即鋯鈦酸鉛，每片的厚度在h=2mm左右，面積在A=4cm2左右，按鍵頻率在20Hz以上.壓電陶瓷發(fā)電裝置是采用懸臂梁支撐結(jié)構(gòu)安裝在鼠標(biāo)內(nèi)部的電路板上，該支撐結(jié)構(gòu)具有較低的諧振頻率，能獲得最大的能量輸出.

基于壓電陶瓷的無(wú)線鼠標(biāo)是利用電路上的電容來(lái)儲(chǔ)能，再利用電容放電來(lái)實(shí)現(xiàn)控制電路的工作，利用鼠標(biāo)使用過(guò)程中持續(xù)不斷的按壓不斷地儲(chǔ)能.

4 結(jié)束語(yǔ)

基于壓電陶瓷的無(wú)線鼠標(biāo)提供一種無(wú)需外置電源、節(jié)能環(huán)保的無(wú)線鼠標(biāo)，適用于各類(lèi)傳感及檢測(cè)系統(tǒng).與現(xiàn)有技術(shù)相比，本無(wú)線鼠標(biāo)無(wú)需外加電源，通過(guò)壓電陶瓷發(fā)電裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，與傳統(tǒng)的無(wú)線鼠標(biāo)相比，省去了干電池或鋰電池或蓄電池，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益.

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