[發(fā)明專利]一種智能壓電振動能量采集器

在審

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• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113141127A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李欣業(yè);曾浩
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 北京匯捷知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11531
• 代理人: 張燕燕

1.一種智能壓電振動能量采集器，包括壓電振動能量采集裝置，所述采集裝置包括外伸長度能夠沿自身長度方向調(diào)節(jié)的懸臂梁(1)，其特征在于，所述能量采集器還包括頻率傳感器(5)、控制處理器和步進(jìn)電機(jī)(6)；頻率傳感器(5)安裝在壓電振動能量采集裝置上，能夠探測外激勵源的振動頻率得到振動頻率信息并將振動頻率信息發(fā)送至控制處理器；控制處理器能夠根據(jù)振動頻率信息通過控制步進(jìn)電機(jī)(6)調(diào)節(jié)懸臂梁(1)的外伸長度，使壓電振動能量采集裝置固有頻率接近或達(dá)到能夠與外部激勵源共振的頻率。

2.如權(quán)利要求1所述的一種智能壓電振動能量采集器，其特征在于，所述控制處理器能夠根據(jù)振動頻率信息通過控制步進(jìn)電機(jī)(6)調(diào)節(jié)懸臂梁(1)的外伸長度，使壓電振動能量采集裝置固有頻率達(dá)到能夠與外部激勵源共振的頻率范圍。

3.如權(quán)利要求1所述的一種智能壓電振動能量采集器，其特征在于，所述控制處理器上載有至少兩個(gè)頻段，控制處理器能夠確定振動頻率信息位于哪個(gè)頻段，并根據(jù)所位于的頻段控制步進(jìn)電機(jī)(6)轉(zhuǎn)動以調(diào)節(jié)懸臂梁(1)外伸長度。

4.如權(quán)利要求3所述的一種智能壓電振動能量采集器，其特征在于，所述控制處理器上載有至少兩個(gè)頻段具體為控制處理器上載有懸臂梁(1)不同伸出長度范圍所對應(yīng)的壓電振動能量采集裝置固有頻率范圍值。

5.如權(quán)利要求1所述的一種智能壓電振動能量采集器，其特征在于，所述控制處理器能夠計(jì)算出與接收到的振動頻率共振的壓電振動能量采集裝置固有頻率，根據(jù)壓電振動能量采集裝置固有頻率計(jì)算懸臂梁(1)理想外伸長度，根據(jù)懸臂梁(1)理想外伸長度控制步進(jìn)電機(jī)(6)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)懸臂梁(1)。

6.如權(quán)利要求5所述的一種智能壓電振動能量采集器，其特征在于，所述懸臂梁(1)理想外伸長度l的計(jì)算公式為：

其中，E為懸臂梁(1)的彈性模量，I為懸臂梁(1)截面慣性矩，ω_n為壓電振動能量采集裝置固有頻率，m_eq為安裝在懸臂梁(1)端部的物塊的質(zhì)量與33/140倍的懸臂梁(1)質(zhì)量之和。

7.如權(quán)利要求1所述的一種智能壓電振動能量采集器，其特征在于，所述懸臂梁(1)能夠沿其長度方向上伸縮。

8.如權(quán)利要求1所述的一種智能壓電振動能量采集器，其特征在于，所述壓電振動能量采集裝置包括支撐框(3)、懸臂梁(1)、物塊和傳動裝置(7)，懸臂梁(1)、頻率傳感器(5)、控制處理器和步進(jìn)電機(jī)(6)均設(shè)置在支撐框(3)上，物塊固連在懸臂梁(1)末端，傳動裝置(7)連接懸臂梁(1)和步進(jìn)電機(jī)(6)，步進(jìn)電機(jī)(6)通過傳動裝置(7)調(diào)節(jié)懸臂梁(1)的外伸長度。

9.如權(quán)利要求8所述的一種智能壓電振動能量采集器，其特征在于，所述支撐框(3)為U型，支撐框(3)包括左側(cè)板(301)、右側(cè)板(302)、底板(307)和用于壓緊懸臂梁(1)的壓輪(305)，所述頻率傳感器(5)設(shè)置在底板(307)上，左側(cè)板(301)和右側(cè)板(302)均連接底板(307)，壓輪(305)和懸臂梁(1)均設(shè)置在左側(cè)板(301)上，右側(cè)板(302)上對應(yīng)物塊設(shè)有第二永磁鐵(104)，所述物塊采用第一永磁鐵(103)。

10.如權(quán)利要求8所述的一種智能壓電振動能量采集器，其特征在于，所述傳動裝置(7)包括連接步進(jìn)電機(jī)(6)的齒輪(701)和嚙合齒輪(701)的齒條(102)，所述齒條(102)沿懸臂梁(1)長度方向設(shè)置在懸臂梁(1)上。