圧電素子のインピーダンスマッチング方法について

質問

最近圧電素子について研究を始めた者です。圧電素子の内部抵抗を求めるためにインピーダンスマッチングを行おうと考えています。
電気回路や性能試験にに関する知識に乏しいため、詳しい技術者の皆様にご意見を頂けたらと思い質問を投稿させていただきました。インピーダンスマッチングの手順については、文献やネットなどから情報を集めて実験を行いましたが、素子の内部抵抗を求めることができません。
以下手順になります。

?圧電素子の出力が小さいためてきとうに外部抵抗器を接続し、片持ち梁の状態で加振器に固定する。
?加振器を振動させながら、電圧を測定する。
?一番電圧の出た振動数を共振周波数とする。
?共振周波数を一定にして接続する外部抵抗値を変化させてゆきながら、一番電圧が高くなる抵抗値を探す。

圧電素子はPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を使用しました。

振動数を変えていますが、電圧に大きな変化がありません。この方法に間違いがないか文献を読み漁って確認を行っておりますが、確証が持てません。知識に乏しく大変稚拙な質問をしているかとは思いますが、何卒ご指摘ご鞭撻のほどよろしくお願いいたします。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

どのような形状であり、どのようなの使い方をする圧電素子でしょうか？

圧電素子が設計上想定する適切な使い方と、ご質問において記載なさった
測定方法が適切に対応しているのか、お問い合わせの記載だけでは判断が
難しいように感じます。

電気的なインピーダンスマッチングより先に、機械的な共振条件について
実際の使い方と、特性を測定する条件とが適切に対応しているのかを確認
することが必要と思います。

可能であれば、実際の使い方と、試験のために加振器に取り付けた状態に
ついて、模式図で示して頂けるれば、見えている現象を、もう少々物理的に
説明できる可能性がありそうに思います。

「インピーダンスアナライザ」と呼ばれるような測定器を利用することが
適切な解を素早く得る手段です。
実際に使用する状態において、インピーダンスアナライザを使って、
周波数vs.インピーダンス特性を特性を取得することをお勧めします。
インピーダンスアナライザがお手許にないとしても、各都道府県の工業試
験所等で利用することができると思いますので、お問い合わせになることを
お勧めします。

お礼

ご回答いただきましてありがとうございました。

なるほど、つまり共振周波数を求めてインピーダンスマッチングを行うのは、その周波数で発電を行うことで初めて意味があるのと言うことですね。
もともと使っている素子の性能自体出力が低いものですが、おっしゃる通りかなり低い電圧出力となりました。
圧電素子を別の物に変えることを視野に検討していきます。
分かりづらい質問にもかかわらず、的確かつ早いご回答でとても助かりました。ありがとうございました。

補足

早速ご回答頂いた内容を拝見させていただきました。
まず、回答にありました質問につきまして捕捉させて頂きたいと思います。

◎形状について
箱(枡の形)に圧電素子で蓋をすることで、中に空気を密閉したようなものをご想像頂けたらと思います。

◎使用方法について
上記の箱の中に密閉された空気と外気に圧力差を発生させて、歪ませることで発電を行おうと考えております。

実験方法定期的に圧力を変化させることで歪ませようと考えているので、周波数的には0.1～2Hz程度となるかと思われます。
ご回答いただいた内容より、私の認識では圧電素子の内部抵抗は素子の形状、大きさに依存するもので、発電方法の如何に関わらずその値は一定であるものと認識しておりましたが、圧電素子の内部抵抗値は発電を行う際の状況によって変わってくると言うことでしょうか？
また、今回使用するような極低周波においても(素子の大きさを変える以外に)、共振させることは可能なのでしょうか？

質問ばかりでお手数おかけしますが、引き続きご回答ご鞭撻のほどよろしくお願いいたします。

追記いただいた内容のインピーダンスアナライザにつきまして。以前より、こういった装置があることは存じ上げておりましたが、高価な装置のため使用を諦めておりました。工業試験場という場所で使用できるということで早速検討させていただこうと考えております。ありがとうございました。