[發明專利]一種應用于管道流體監測的壓電俘能器

有效

• 申請號: 201710747139.6
• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN107707151B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 鄭學軍;王永峰;蘇亮
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種應用于管道流體監測的壓電俘能器，其特征在于：管道內壁經軸的一端裝有葉輪，葉輪水平位于管道中心，軸豎直安裝于管道孔內，軸的另一端裝有含有N、S極的條形永久磁鐵；所述條形永久磁鐵位于管道外壁，軸由軸承與軸承座支撐并豎直安裝于管道上方，軸承座與管道之間用螺絲緊固連接；

壓電振子由金屬基板、壓電片以及單極條形永久磁鐵粘接而成；所述金屬基板一端經螺絲連接在金屬外殼內部，金屬基板的表面粘接有壓電片，金屬基板的自由端連接有單極條形永久磁鐵；壓電振子有兩個，第一壓電振子的金屬基板的自由端連接有單極(N)條形永久磁鐵，第二壓電振子的金屬基板的自由端連接有單極(S)條形永久磁鐵；兩個壓電振子均豎直懸掛，三個永久磁鐵位于同一水平位置，且三個永久磁鐵彼此有一定相等距離，電路板經螺絲裝在外殼內部正中心，金屬外殼用螺絲安裝在管道上部；

壓電俘能器組裝后且無流體流動的非工作狀態下，第一壓電振子和第二壓電振子的狀態是靜態平衡，兩個壓電振子的自由端的磁鐵具有相同的磁矩，在非工作狀態即軸上的永久磁鐵垂直放置時，兩壓電振子受力平衡處于靜態平衡狀態，呈現垂直懸掛狀態；

壓電俘能器工作時，流體動壓力使葉輪承受向右的推力，迫使由滾動軸承支撐的軸發生順時針轉動；軸的轉動帶動裝有兩極條形永久磁鐵的另一端發生順時針轉動，左方的壓電振子的自由端的單極條形永久磁鐵受到軸上永久磁鐵的斥力而向左方偏轉，壓電振子產生擾度，從而壓電片發生變形；

當軸轉動90°時，壓電片的變形最大，右方的壓電振子在軸順時針轉動時，壓電振子向右偏轉，當軸轉動90°時，壓電振子產生最大擾度，壓電片的變形最大；

當軸轉動在90°和180°之間時，左方壓電振子與右方壓電振子受到軸上兩極永久磁鐵的斥力逐漸變小，壓電振子慢慢往中間偏轉；

當軸轉動到180°時，左右兩壓電振子回到新的靜力平衡狀態；此時壓電振子沒有變形，沒有擾度的產生；

當軸轉過180°時，軸端永久磁鐵與壓電振子自由端的永久磁鐵磁極的變化，兩壓電振子受到向中部的引力，從而使兩壓電振子向內產生偏轉；

當軸轉動270°時，壓電振子產生最大擾度，壓電片的變形最大；

當軸轉動在270°和360°之間時，左方壓電振子與右方壓電振子受到軸上兩極永久磁鐵的引力逐漸變小，壓電振子慢慢往外部間偏轉；

當軸轉動到360°時，左右兩壓電振子回到最初的靜力平衡狀態，此時壓電振子沒有變形，沒有擾度的產生；

當軸轉動時，上述壓電振子所受的斥力與引力是交替變化的，從而使壓電振子左右偏轉振動，振動過程將壓電振子的振動能通過壓電片轉化為電能，所生成電能經導線傳輸到電路板的能量轉換于存儲電路。

2.根據權利要求1所述的壓電俘能器，其特征在于：永久磁鐵選用釹鐵硼磁鐵，具有強磁性；壓電片為0.2mm的PZT-51材料、金屬基板為鈹青銅，金屬基板與壓電晶片的厚度之比為1～2.5。