[發明專利]一種基于振動能量采集器的自供電鐵路貨車狀態監測系統

在審

• 申請號: 202010854686.6
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111769759A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 侯曉偉;呂陽;鄭良廣;張坡;武鵬
• 申請（專利權）人: 寧波中車時代傳感技術有限公司
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J7/32;H02J50/10
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 郭揚部

本發明提供了一種基于振動能量采集器的自供電鐵路貨車狀態監測系統，涉及鐵路貨車狀態監測技術領域，用以解決目前鐵路貨車的無線收發模塊和傳感器模塊的能量供給的問題以及尺寸要求高的問題，本系統包括：設置在鐵路貨車上，用于采集鐵路貨車運行時的機械能，并將采集的機械能轉化為電能的MEMS振動能量采集器、用于接收MEMS振動能量采集器輸出的交流電，并將接收的交流電轉化為直流電的整流模塊、傳感器模塊以及將接收的預設數據信息發送至后臺服務器的無線收發模塊。本自供電鐵路貨車狀態監測系統能夠大幅減小器件整體尺寸，還能提高一致性和穩定性。

技術領域

本發明涉及鐵路貨車狀態監測技術領域，尤其涉及一種基于振動能量采集器的自供電鐵路貨車狀態監測系統。

背景技術

隨著高速鐵路的飛速發展，對列車結構健康以及運行狀態進行實時監測的重要性日益凸顯。尤其是在鐵路貨車領域，運行速度，軸承溫度、軸承裂紋、軸承振動等數據需要實時監測，以此來保證整個貨車的健康運行。監測這些數據，需要配備相應的傳感器或傳感系統進行數據采集和傳輸，而這些傳感器屬于主動器件，需要外部電源進行供電來保證正常工作，而外部電源的獲取通常是通過部署電力電纜線進行滿足。但是在鐵路貨車領域，由于用途的特殊性，部署電力線纜并不現實，一方面是因為貨車車廂需要專門配置電力接收裝置，如果僅為小型傳感器（系統）供電（功率一般在W級），陳本非常高昂；另一方面，部署電力電纜線存在嚴重的電磁干擾，會影響鐵路貨車的運行安全。為此急需發展新的供電系統來支撐鐵路貨車的狀態監測。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種基于振動能量采集器的自供電鐵路貨車狀態監測系統，用以解決鐵路貨車的無線傳感系統的能量供給問題及尺寸要求高的問題，本鐵路貨車狀態監測系統通過基于TVS技術的MEMS電磁式振動能量采集的設計，通過陣列化設計，既解決了輸出功率偏低的問題，又解決了尺寸的問題。

為了達到上述目的，本鐵路貨車狀態監測系統包括：MEMS振動能量采集器、整流模塊、傳感器模塊以及無線收發模塊；

所述MEMS振動能量采集器，設置在鐵路貨車上，用于采集鐵路貨車運行時的機械能，并將采集的機械能轉化為電能；

所述整流模塊，用于接收MEMS振動能量采集器輸出的交流電，并將接收的交流電轉化為直流電，用于給無線收發模塊以及傳感器模塊供電；

所述傳感器模塊，用于采集鐵路貨車在運行過程中的預設數據信息；

所述無線收發模塊，用于接收傳感器模塊采集的鐵路貨車在運行過程中的預設數據信息，并將接收的預設數據信息發送至后臺服務器。

進一步地，還包括電池；

所述電池，和無線收發模塊連接，用于當MEMS振動能量采集器的輸出功率達不到預設需求功率時，給無線收發模塊供電 。

進一步地，所述電池和整流模塊連接，用于當MEMS振動能量采集器的輸出電壓低于整流模塊的預設需求電壓時，給整流模塊供電。

進一步地，所述MEMS振動能量采集器采用MEMS工藝和TSV填充工藝制備。

進一步地，所述MEMS振動能量采集器包括多個能量收集器。

進一步地，所述多個能量收集器按照預設陣列組合排列，所述按照預設陣列組合排列后的多個能量收集器按照預設串并聯連接關系連接。

進一步地，所述傳感器模塊包括：溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、濕度傳感器以及加速度傳感器。

進一步地，所述MEMS振動能量采集器設置在鐵路貨車的車體、轉向架或輪軸上面。

進一步地，所述能量收集器包括三維螺線圈、永磁體和放置永磁體的腔室，所述永磁體插入所述腔室。

本發明至少有以下有益效果是：