[發(fā)明專利]一種多振子空間型拾振俘能實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910678401.5
• 申請(qǐng)日: 2019-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN110427678A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田瑩;張旭;劉永鳳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;H02N2/18
• 代理公司: 北京華夏正合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11017
• 代理人: 陳曉寧;張麗萍

本發(fā)明公開了一種多振子空間型拾振俘能實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法，包括：執(zhí)行系統(tǒng)，包括拾振裝置和用于為所述拾振裝置提供振動(dòng)能量的振動(dòng)裝置；控制系統(tǒng)，與所述振動(dòng)裝置內(nèi)部的振動(dòng)器連接，包括頻率控制器和振動(dòng)器保護(hù)開關(guān)，用于對(duì)所述振動(dòng)器的變頻控制和保證振動(dòng)器的工作安全；分析系統(tǒng)，與所述拾振裝置連接，用于將拾振裝置轉(zhuǎn)化的電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析處理。本發(fā)明在增加振子數(shù)量的基礎(chǔ)上，優(yōu)化壓電振子布置形式增加了裝置拾振方向，保證裝置的多方向共振壓電同時(shí)提高裝置發(fā)電密度，為解決外界環(huán)境振動(dòng)能量的有效收集問題提供一種新的方法和思路，進(jìn)而在一定的程度上推進(jìn)壓電技術(shù)甚至電源技術(shù)與裝置的發(fā)展。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于壓電技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多振子空間型拾振俘能實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法。

背景技術(shù)

近年來隨著工業(yè)的發(fā)展，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)大型工業(yè)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)維護(hù)成為發(fā)展趨勢(shì)。雖然伴隨著存儲(chǔ)技術(shù)、微電子技術(shù)以及通信技術(shù)的迅速發(fā)展，傳感器和交互節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展日新月異，但是電源技術(shù)的發(fā)展卻十分緩慢，已經(jīng)無法滿足無線傳感器對(duì)電源能量密度、體積以及壽命等規(guī)格的更高需求。加之傳統(tǒng)的化學(xué)電池供能存在體積大、不利于集成、壽命有限以及制造和使用過程會(huì)造成環(huán)境污染等諸多問題，迫切需要可持續(xù)供電的綠色微能源。太陽能、風(fēng)能、環(huán)境振動(dòng)能等可再生能源受到越來越多的關(guān)注，尤其是環(huán)境中廣泛存在的振動(dòng)能，不受周圍溫度與光照長(zhǎng)短影響，能量獲取持續(xù)穩(wěn)定，是鋰電池等傳統(tǒng)化學(xué)電源潛在的替代能源，目前環(huán)境振動(dòng)能多采用基于壓電式懸臂梁發(fā)電振子的方法進(jìn)行能量獲取，該方法發(fā)電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于微型化與集成，且能量轉(zhuǎn)換密度大，應(yīng)用前景十分廣闊。因此，近些年來，如何利用壓電式懸臂梁發(fā)電振子從環(huán)境中獲取振動(dòng)能量來為傳感網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)定的電源成為研究的主題。現(xiàn)有壓電式懸臂梁發(fā)電振子振動(dòng)能量收集實(shí)驗(yàn)裝置多為單一方向壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)本身不能與外界振動(dòng)環(huán)境匹配，拾取外界振動(dòng)能量方向受壓電振子自身方向約束，不能保證多方向共振壓電，造成其他方向的振動(dòng)能量被白白浪費(fèi)，阻礙振動(dòng)壓電有效收集，導(dǎo)致電源能量密度低等問題，從而使得壓電技術(shù)甚至電源技術(shù)發(fā)展遲緩。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種更好的針對(duì)環(huán)境中振動(dòng)進(jìn)行能量收集的實(shí)驗(yàn)裝置，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

基于以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種多振子空間型拾振俘能實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法，可以多方向拾取環(huán)境中振動(dòng)能量且進(jìn)行高效轉(zhuǎn)化、降低環(huán)境能量浪費(fèi)、可提高發(fā)電裝置發(fā)電效率以及電源能量密度。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：本發(fā)明提供一種多振子空間型拾振俘能實(shí)驗(yàn)裝置，包括：

執(zhí)行系統(tǒng)，包括拾振裝置和用于為所述拾振裝置提供振動(dòng)能量的振動(dòng)裝置；

控制系統(tǒng)，與所述振動(dòng)裝置內(nèi)部的振動(dòng)器連接，包括頻率控制器和振動(dòng)器保護(hù)開關(guān)，用于對(duì)所述振動(dòng)器的變頻控制和保證振動(dòng)器的工作安全；

分析系統(tǒng)，與所述拾振裝置連接，用于將拾振裝置轉(zhuǎn)化的電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析處理。

可選的，所述拾振裝置包括壓電振子固定支架和與所述壓電振子固定支架連接的多個(gè)方向的壓電振子，所述壓電振子包括銅板基片與壓電陶瓷，所述壓電振子的一端與所述壓電振子固定支架固定，所述壓電振子的自由端配置有質(zhì)量塊；

所述壓電振子通過多條引線與所述分析系統(tǒng)相連。

進(jìn)一步的，所述引線分為正負(fù)兩極，正極引線連接于所述壓電振子的壓電陶瓷上，負(fù)極引線連接于壓電振子的銅板基片上。

可選的，所述分析系統(tǒng)包括多端電并聯(lián)實(shí)驗(yàn)板、整流電路、示波器、萬用表以及計(jì)算機(jī)，所述多端電并聯(lián)實(shí)驗(yàn)板與不同方向的壓電振子的正負(fù)極引線分別并聯(lián)相接，通過多端電并聯(lián)實(shí)驗(yàn)板的并聯(lián)電信號(hào)經(jīng)過整流電路進(jìn)行整流，所述示波器與萬用表對(duì)該并聯(lián)電信號(hào)進(jìn)行初步檢測(cè)，最終輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析處理。