一种振动能量采集与无线发射装置制造方法及图纸

一种振动能量采集与无线发射装置，基于电磁感应以及超高频电磁波传输原理，包括振动能量采集器以及能量无线发射器；振动能量采集器和能量无线发射器之间通过接口电路连接。本发明专利技术装置整体体积小，工艺简单，成本低，损耗小，易于更换与检修，适用于射频识别传感标签在变电站中的应用。本发明专利技术采用电磁感应的原理，将变压器正常运行时振动的能量转化为电能，避免了使用锂电池导致需要频繁更换的弊端；采用了无线发射能量的模式，避免了有线传输导致的成本增加，检修困难的弊端。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能量获取与传输，特别涉及一种振动能量采集与无线发射装置。
技术介绍
物联网已被确定为中国战略性新兴产业之一，而射频识别(RFID)技术作为物联网发展的最关键技术，其应用市场必将随着物联网的发展而扩大。RFID技术是利用射频信号通过空间耦合实现非接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，是自动识别技术在无线电技术方面的具体应用和发展。一般来说，RFID系统可以分为有源和无源两类。由于有源RFID标签内置电池，相对于无源RFID标签，有源标签可以始终处于唤醒状态，具有很高的实时性与较快的响应速率。而在变电设备的在线监测当中，对于实时性以及响应速率的要求较高，所以有源RFID标签更符合实际的电网应用需求,但是现有有源RFID在供能时，需频繁更换电池，且稳定性不好。近年来，RFID技术与在线监测结合的研究成为热点。RFID技术与变电站监测结合，可以有效利用RFID技术的便于安装特性及无线识别特性，同时具有良好的检测特性，是其中的重要研究方向。变电站中，以变压器为代表的各电力设备的运行状况直接关系到发电、供电系统的安全性和可靠性.现有的获取各电力设备状态信息的方法主要有外观检查、理化和高压电气试验等，这些方法都属于传统的检测与试验，是一种事后分析的监测方法，需要在设备停运的状态下进行检测，这样一方面会导致检修的成本增加，另外一方面停运检修势必导致区域停电，对于居民的日常生活生产带来诸多不便，已不能满足现在状态检修的发展趋势。而RFID技术与电网监测相结合，一方面解决了无法实时监测的问题，另一方面也降低了整体的成本，降低了整个监测系统的维修成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有有源RFID在供能模式上的弊端，提供一种振动能量采集与无线发射装置，通过对变压器运行时自身振动能量的采集与转化，作为有源RFID标签的能量来源，有利于降低成本，避免频繁更换电池，且具有良好的稳定性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种振动能量采集与无线发射装置，基于电磁感应以及超高频电磁波传输原理，包括振动能量采集器以及能量无线发射器；振动能量采集器和能量无线发射器之间通过接口电路连接。所述振动能量采集器用于完成振动的机械能到电能的转化。所述能量无线发射器用于对前述转化得到的电能进行处理，即将电能转变为超高频信号后发送给外部设备接收装置。进一步，所述振动能量采集器由两部分机械结构组成：（1）隔板与永磁体的组合装置，永磁体置于隔板上；（2）放置有线圈的悬臂。隔板的右端、悬臂的左端分别固定在相应的PCB板上。进一步，所述的振动能量采集器采用电磁感应的原理，悬臂振动时与磁场的相互作用将机械能转化为电能，因此能有效利用变压器运行时绕组振动的能量。进一步，所述能量无线发射器包括整流器、振荡器、功率放大器、带通滤波器和天线，整流器的输出端与振荡器的输入端相连，振荡器的输出端与功率放大器的输入端相连，功率放大器的输出端与带通滤波器的输入端相连，带通滤波器的输出端与天线相连。能量无线发射器将振动能量采集器采集的电能信号通过整流器进行整流、通过振荡器将直流信号转变为射频信号、通过功率放大器进行信号放大、通过带通滤波器滤波处理后，经由天线来实现能量的无线发送。进一步，所述整流器为全波倍压整流电路，利用肖特基二极管以及电容组成级联模式以实现多级升压。进一步，所述整流器包括八个电容和八个二极管，结构上下对称。八个电容分别为C1、C2、C3、C4、C1’、C2’、C3’和C4’。八个二极管分别为D1、D2、D3、D4、D1’、D2’、D3’和D4’。相应的元件参数一致，即C1的元件参数和C1’的元件参数一致，C2的元件参数和C2’的元件参数一致，C3的元件参数和C3’的元件参数一致，C4的元件参数和C4’的元件参数一致，D1的元件参数和D1’的元件参数一致，D2的元件参数和D2’的元件参数一致，D3的元件参数和D3’的元件参数一致，D4的元件参数和D4’的元件参数一致；电容C1、二极管D2、二极管D3、电容C2首尾串联；二极管D4、二极管D3、电容C3首尾串联；电容C3、二极管D2、二极管D1、电容C4首尾串联。由于结构的上下对称性，C1’、C2’、C3’、C4’、D1’、D2’、D3’和D4’的相对位置关系与上述相同。电容C1’、二极管D2’、二极管D3’、电容C2’首尾串联；二极管D4’、二极管D3’、电容C3’首尾串联；电容C3’、二极管D2’、二极管D1’、电容C4’首尾串联。二极管D1、D2、D3、D4、D1’、D2’、D3’和D4’均为肖特基二极管。进一步，所述振荡器采用正反馈以及多级耦合电路，以实现超高频的振荡效果。进一步，所述振荡器包括十个电容和七个电阻。十个电容分别为C11、C21、C31、C41、C51、C61、C71、C81、C91和C10。七个电阻分别为R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7。电容C11、电阻R1、电容C21首尾串联；电容C21和电阻R2首尾串联；电阻R3和电容C41并联；电容C51和电容C61串联，电容C81和电容C91串联后和电阻R6并联，电容C71和电阻R6串联，电阻R4、电阻R5、和电容C10串联后与电容C31并联，电阻R7接于电容C81和电容C91之间。振荡器内部存在一个正反馈放大器，正反馈放大器包括电阻R4、电容C51、电容C11、电阻R1、电容C21和电阻R2。进一步，所述功率放大器用来对振荡器输出的信号进行放大，以便于后续步骤处理。进一步，所述带通滤波器用来对功率放大器输出的信号进行滤波，以消除噪声信号的干扰。进一步，所述天线采用全向天线，用以对带通滤波器输出的信号进行发送。本专利技术装置整体体积小，工艺简单，成本低，损耗小，易于更换与检修，适用于射频识别传感标签在变电站中的应用。本专利技术采用电磁感应的原理，将变压器正常运行时振动的能量转化为电能，避免了使用锂电池导致需要频繁更换的弊端；采用了无线发射能量的模式，避免了有线传输导致的成本增加，检修困难的弊端。同时采用新设计的整流器与振荡器，降低了损耗，更适合有源RFID的使用。附图说明图1为本专利技术振动能量采集与无线发射装置的整体框图；图2为本专利技术振动能量采集器的结构图；图3为本专利技术的能量无线发射器的结构图；图4为本专利技术的整流器的电路图；图5为本专利技术的振荡器的电路图；图6为本专利技术的振动能量采集与无线发射装置输送能量的测试结果图。图中：1——振动能量采集器；2——能量无线发射器；3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振动能量采集与无线发射装置，其特征在于，基于电磁感应以及超高频电磁波传输原理，包括振动能量采集器以及能量无线发射器；振动能量采集器和能量无线发射器之间通过接口电路连接；所述振动能量采集器用于完成振动的机械能到电能的转化；所述能量无线发射器用于对前述转化得到的电能进行处理，即将电能转变为超高频信号后发送给外部设备接收装置。

【技术特征摘要】
1.一种振动能量采集与无线发射装置，其特征在于，基于电磁感应以及超高频电磁波
传输原理，包括振动能量采集器以及能量无线发射器；振动能量采集器和能量无线发射器
之间通过接口电路连接；
所述振动能量采集器用于完成振动的机械能到电能的转化；
所述能量无线发射器用于对前述转化得到的电能进行处理，即将电能转变为超高频信
号后发送给外部设备接收装置。
2.根据权利要求1所述的振动能量采集与无线发射装置，其特征在于，所述振动能量采
集器由两部分机械结构组成：（1）隔板与永磁体的组合装置，永磁体置于隔板上；（2）放置有
线圈的悬臂；隔板的右端、悬臂的左端分别固定在相应的PCB板上。
3.根据权利要求1或2所述的振动能量采集与无线发射装置，其特征在于，能量无线发
射...

【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，汪涛，李志刚，项胜，佐磊，何威，童晋，李兵，袁志杰，尹均萍，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34