[發明專利]一種基于多電源管理系統的振動傳感器

有效

• 申請號: 202011247094.4
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112414542B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 楊秦敏;曹偉偉;李云鵬;賀勝如
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;H02N2/18;H02J7/32;H02J7/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種基于多電源管理系統的振動傳感器，其特征在于：包括微處理器模塊、三軸加速度檢測模塊、通訊模塊、電源管理模塊、振動發電模塊和電池模塊；所述三軸加速度檢測模塊、通訊模塊、電源管理模塊和電池模塊均與微處理器模塊連接；所述振動發電模塊和電池模塊均與電源管理模塊相連，所述電源管理模塊用于調節振動發電模塊向電池充電以及電池模塊向整個振動傳感器供電策略；

所述微處理器模塊獲取三軸加速度檢測模塊采集的實時三軸加速度值，將三軸加速度值通過帶通濾波及積分算法計算獲得加速度峰峰值與速度有效值；同時采集電池當前的電壓值，從而評判電池當前電量是否可以繼續支持傳感器工作；在完成一次采樣后，通過通訊模塊將振動檢測數據發送至監測端，從而實現實時監測；

所述電源管理模塊接收微處理器模塊的指令從而選擇不同電源持續供電，同時通過硬件開關調度振動發電模塊為缺電電源進行充電；其中電池模塊包括兩個可充電式工業鋰電池A、B，由電池模塊、電源管理模塊、振動發電模塊構成的供電單元運行策略為：

Step1：電池A向傳感器提供電能，此時振動發電模塊暫時沒有電量輸出；

Step2：在正常運行過程中，電池A電壓低于3.4V時，則通過電源管理模塊設置電池B為傳感器供電，振動發電模塊通過充電電路將電能保存在電池A中；

Step3：由于每個電池的容量為定值，通過電量計判斷是否充滿；若電池A先充滿，則等待電池B低壓警告后，切換電池A向傳感器供電，電池B充電；若電池B先低電壓警告，切換電池A向傳感器供電，電池B充電；

Step4：重復Step3，每次電池A與電池B的定義互換；

Step5：最后策略會有三種可能，第一種可能是由于每次都是一塊電池先充滿，且另一塊電池未到低壓警告，則兩塊電池會一直交替工作，相互補充，而不需要再進行電池更換，直至達到電池壽命，進行更換；第二種可能是每次都是一塊電池未充滿電，而另一塊電池已達到低壓警告，則經過多次迭代后兩塊電池的電壓均低于3.4V時，則需要進行補償策略，采用增加并聯的振動發電模塊，或者增加并聯的電池，或者更換新電池；第三種可能則是前兩種情況相互交替出現，可以增加并聯的電池，從而延長整個傳感器的使用周期，降低更換電池的頻次。

2.根據權利要求1所述的基于多電源管理系統的振動傳感器，其特征在于：所述振動發電模塊采用電磁式發電，為懸臂梁式結構，利用超磁致伸縮材料代替永磁鐵，并與質量塊、線圈、基底以及整流電路共同設計，具體為：將條狀超磁致伸縮材料與基底利用粘合劑貼合，并在超磁致伸縮材料末端固定質量塊，用于擴大振幅，線圈纏繞在超磁致伸縮材料與基底粘合在一起的懸臂梁上，并將纏繞好的線圈兩端固定在整流電路，用于實現將交流信號轉變為直流信號。

3.根據權利要求2所述的基于多電源管理系統的振動傳感器，其特征在于：所述振動發電模塊通過滑軌固定結構動態調整其位置改變共振頻，具體為：在懸梁臂結構末端固定的質量塊下方增加滑軌，所述滑軌可通過螺絲松緊來實現質量塊位置調整，從而調整整體的重心位置，改變振動頻率，從而實現達到共振頻率的目的。

4.根據權利要求2所述的基于多電源管理系統的振動傳感器，其特征在于：所述振動發電模塊通過附著壓電陶瓷，實現不同頻率的振動能量采集，具體為：所述壓電陶瓷用膠固定在懸梁臂的線圈空隙處，并利用電源線與超磁致伸縮材料表面纏繞線圈進行多路并聯連接，結合整流電路實現交流電信號轉換為直流信號。

5.根據權利要求1所述的基于多電源管理系統的振動傳感器，其特征在于：所述微處理器模塊采用硬件低功耗設計，具體為：每一種芯片在非工作狀態下均處于低功耗模式的外接大電阻上拉/下拉，以及增加MOS管作為三軸加速度檢測模塊、通訊模塊的電源開關，在非工作狀態時，MOS管斷開上述模塊電源，從而有效降低功耗，延長電池更換周期。

6.根據權利要求1所述的基于多電源管理系統的振動傳感器，其特征在于：所述振動傳感器采用功能邏輯設計，具體為：所選用的芯片具備有多種工作模式，在不工作狀態時，即設置該模塊進入休眠或待機等超低功耗模式；當振動傳感器節點距離網關較遠時，或超出有效通訊距離時，介于該振動傳感器節點和網關之間的振動傳感器節點可以作為通訊中繼節點，將數據傳送到網關。