[發明專利]一種基于單壓電器件的自供電無線振動監測節點

有效

• 申請號: 202110032826.6
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112857559B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 夏樺康;東慶剛;夏銀水;葉益迭;錢利波
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 方小惠

1.一種基于單壓電器件的自供電無線振動監測節點，包括采集元件和監測電路，所述的采集元件僅采用一個常規懸臂梁式的壓電器件實現，其特征在于所述的監測電路包括振動測量模塊、能量收集模塊、微控制器模塊和無線發射模塊，所述的壓電器件用于感受環境振動后生成交流電壓輸出至所述的振動測量模塊和所述的能量收集模塊中，所述的振動測量模塊對輸入其內的交流電壓進行峰值跟蹤并輸出與峰值成正比的峰值分壓信號分別給所述的能量收集模塊和所述的微控制器模塊，同時對輸入其內的交流電壓進行整形觸發并輸出同頻率的方波信號給所述的微控制器模塊；所述的能量收集模塊對輸入其內的交流電壓進行同步開關電感整流處理并輸出第一直流電壓和第二直流電壓給所述的微控制器模塊，并同時進行電能儲存以及為所述的振動測量模塊、所述的微控制器模塊和所述的無線發射模塊提供工作電源電壓；所述的微控制器模塊基于輸入其內的峰值分壓信號、同頻方波信號和第一直流電壓確定所述的壓電器件感受到振動加速度的幅值和頻率，并傳遞給所述的無線發射模塊進行無線發射。

2.根據權利要求1所述的一種基于單壓電器件的自供電無線振動監測節點，其特征在于所述的壓電器件具有正極性輸出端和負極性輸出端，所述的能量收集模塊具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端、第一輸出端、第二輸出端和電源輸出端，所述的振動測量模塊具有第一輸入端、第二輸入端、電源輸入端、第一輸出端和第二輸出端，所述的微控制器模塊具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端、電源輸入端、第一控制端、第二控制端和輸出端，所述的無線發射模塊具有電源輸入端、信號輸入端和輸出端，所述的壓電器件的正極性輸出端、所述的能量收集模塊的第一輸入端和所述的振動測量模塊的第一輸入端連接，所述的壓電器件的負極性輸出端和所述的能量收集模塊的第二輸入端連接，所述的能量收集模塊的第一輸出端和所述的微控制器模塊的第三輸入端連接，所述的能量收集模塊的第二輸出端和所述的微控制器模塊的第四輸入端連接，所述的能量收集模塊的電源輸出端、所述的振動測量模塊的電源輸入端、所述的微控制器模塊的電源輸入端和所述的無線發射模塊的電源輸入端連接，所述的振動測量模塊的第一輸出端、所述的能量收集模塊的第三輸入端和所述的微控制器模塊的第二輸入端連接，所述的振動測量模塊的第二輸出端和所述的微控制器模塊的第一輸入端連接，所述的微控制器模塊的第一控制端和所述的振動測量模塊的第二輸入端連接，所述的微控制器模塊的第二控制端和所述的能量收集模塊的第四輸入連接，所述的微控制器模塊的輸出端和所述的無線發射模塊的信號輸入端連接，所述的壓電器件感受環境振動后產生交流電壓，其正極性輸出端和負極性輸出端之間輸出差分交流電壓給所述的能量收集模塊，其正極性輸出端輸出單端交流電壓給所述的振動測量模塊，所述的振動測量模塊對輸入其內的單端交流電壓進行峰值跟蹤生成峰值分壓信號以及整形觸發生成同頻方波信號，將峰值分壓信號記為V_peak，同頻方波信號記為V_freq，所述的振動測量模塊的第一輸出端輸出峰值分壓信號V_peak給所述的能量收集模塊和所述的微控制器模塊，所述的振動測量模塊的第二輸出端輸出同頻方波信號V_freq給所述的微控制器模塊，所述的能量收集模塊對輸入其內的差分交流電壓進行同步開關電感整流處理并輸出第一直流電壓和第二直流電壓給所述的微控制器模塊，將第一直流電壓記為V_dc1，第二直流電壓記為V_dc2；所述的微控制器模塊基于輸入其內的峰值分壓信號、第一直流電壓和同頻方波信號，確定壓電器件感受到振動加速度的幅值和頻率，并傳遞給所述的無線發射模塊進行無線發射。