一种密闭金属空间的能量收集系统技术方案

本发明专利技术提供一种密闭金属空间的能量收集系统，该系统包括：外部能量发射模块、第一压电传感器、密闭金属模块、第二压电传感器、能量初步处理模块以及能量存储模块，其中，外部能量发射模块，用于产生能够激励第一压电传感器的矩形波电源信号；第一压电传感器和第二压电传感器采用轴对称的方式分别紧固在密闭金属模块相对的两侧，第一压电传感器对接收到的矩形波电源信号进行电‑声转换，第二压电传感器对接收到的超声波信号进行声‑电转换；能量初步处理模块，用于将所接收到的转换后的电源信号进行处理以形成稳定的电压输出；能量存储模块对能量初步处理模块所输出的电压进行能量存储。本发明专利技术提供的技术方案可实现对密闭金属空间的能量收集。

【技术实现步骤摘要】
一种密闭金属空间的能量收集系统
本专利技术涉及能量收集领域，尤其涉及一种密闭金属空间的能量收集系统。
技术介绍
在一些特定的密闭金属结构空间内，通常需要在不破坏结构完整性的前提下，利用传感器等设备对密闭空间内部的温度、湿度、压强等参数进行实时监测，而这些监测设备需要供电装置提供电能，因此，如何收集利用传感器通过密闭金属结构空间进行数据传输时产生的能量一直是业界亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种密闭金属空间的能量收集系统，旨在解决现有技术中无法实现对密闭金属空间的能量收集的问题。本专利技术提出一种密闭金属空间的能量收集系统，其中，所述系统包括：外部能量发射模块、第一压电传感器、密闭金属模块、第二压电传感器、能量初步处理模块以及能量存储模块，其中，所述外部能量发射模块，用于生产能够激励所述第一压电传感器的矩形波电源信号；所述第一压电传感器和所述第二压电传感器采用轴对称的方式分别紧固在所述密闭金属模块相对的两侧，所述第一压电传感器对接收到的所述矩形波电源信号进行电-声转换并将转换后的超声波信号经所述密闭金属模块传输至所述第二压电传感器，所述第二压电传感器对接收到的所述超声波信号进行声-电转换并将转换后的电源信号传输至所述能量初步处理模块；所述能量初步处理模块，用于将所接收到的转换后的电源信号进行处理以形成稳定的电压输出；所述能量存储模块对所述能量初步处理模块所输出的电压进行能量存储。优选的，所述外部能量发射模块包括：单片机以及光耦器件，其中，所述外部能量发射模块通过所述单片机产生连续的矩形波脉冲信号以作用于所述光耦器件，并通过控制所述光耦器件的连续开启与关闭作用于所述第一压电传感器，所述第一压电传感器产生的超声波在所述密闭金属模块的金属结构中进行声波能量传输。优选的，所述单片机通过定时器设置产生所述脉冲信号的占空比，所述单片机的输出端接入所述光耦器件的输入端，且连续的脉冲信号的产生频率通过测试两个压电传感器的实际中心频率来确定。优选的，所述光耦器件的开关频率与所述单片机产生的脉冲信号的频率相等。优选的，两个压电传感器均为具有正逆压电效应的压电传感器。优选的，所述能量初步处理模块内设置有压电能量收集芯片并利用所述压电能量收集芯片进行能量的初步处理。优选的，所述压电能量收集芯片包括：整流限压电路、滤波电路、稳压控制电路、降压DC-DC转换电路，其中，所述压电能量收集芯片的输入引脚Vin连接所述第二压电传感器的输出端，所述整流限压电路利用两个差分输入端将所接收到的转换后的电源信号进行整流处理以及电压限幅处理，所述滤波电路用于去除直流毛刺，所述稳压控制电路用于保持电压的稳定，所述降压DC-DC转换电路采用迟滞电压算法通过使能产生稳压输出。优选的，所述能量存储模块采用超级电容进行储能，所述超级电容可连续进行多次充放电，所述超级电容的容量计算公式为：C＝(Vwork+Vmin)·I·t/(V2work-V2min)，其中，工作电压为Vwork，工作截止电压为Vmin，工作时间为t，工作电流为I。优选的，所述系统还包括开关电路，设置在所述能量初步处理模块和所述能量存储模块之间。优选的，所述系统还包括电源管理模块，连接着所述开关电路和所述能量存储模块，其中，所述电源管理模块利用单片机对所述超级电容的电压进行监测，通过设定监测电压的阈值级别产生中断到所述单片机，当监测电压值高于最高阈值时产生中断从而控制所述开关电路的充电开关断开以防止过充，当监测电压值低于最低阈值时产生中断从而控制所述开关电路的充电开关打开以进行充电，在完成充电或者充电过程不变时后通过设计程序改变所述单片机当前所处于的功耗模式以降低所述电源管理模块的功耗。本专利技术提供的技术方案可实现对密闭金属空间的能量收集，而且经过转换后的电能能够对负载直接供电，具有电压稳定的优点，符合直流电的要求。附图说明图1为本专利技术一实施方式中密闭金属空间的能量收集系统的结构示意图；图2为本专利技术一实施方式中外部能量发射模块通过单片机产生连续的脉冲信号作用于光耦器件之后所产生的波形图；图3为本专利技术一实施方式中经过第二压电传感器转换后的波形图；图4为本专利技术一实施方式中LTC3588-1芯片的内部结构电路图；图5为本专利技术一实施方式中通过配置引脚D0、D1分别为0、1电平后输出电压的波形图；图6为本专利技术一实施方式中利用单片机编程设置VDD复位阈值范围POR与PDR的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下将对本专利技术所提供的一种密闭金属空间的能量收集系统进行详细说明。请参阅图1，为本专利技术一实施方式中密闭金属空间的能量收集系统10的结构示意图。在本实施方式中，密闭金属空间的能量收集系统10包括外部能量发射模块11、第一压电传感器12、密闭金属模块13、第二压电传感器14、能量初步处理模块15、能量存储模块16、开关电路17以及电源管理模块18，其中，外部能量发射模块11，用于产生能够激励所述第一压电传感器12的矩形波电源信号。在本实施方式中，外部能量发射模块11包括：单片机以及光耦器件，其中，外部能量发射模块11通过所述单片机产生连续的矩形脉冲信号以作用于所述光耦器件，并通过控制所述光耦器件的连续开启与关闭而产生连续的呈矩形波形状的电源信号，如图2所示，并将所述电源信号接入到第一压电传感器12的输入端。在本实施方式中，所述单片机采用STM32单片机，通过定时器设置产生所述脉冲信号的占空比，所述单片机的输出端接入所述光耦器件的输入端，且连续的脉冲信号的产生频率通过测试两个压电传感器的实际中心频率来确定，例如，通过直接将两个压电传感器对接，输入不同频率的连续波，当在接收端用示波器测得波形最好(即峰值最高)时输入端的频率即为测得的实际中心频率，例如经试验测得中心频率为1MHz。在本实施方式中，所述光耦器件的开关频率与所述单片机产生的矩形波电源脉冲信号的频率相等，例如所述光耦器件的开关时间可以对应选择为0.5μs，与压电传感器和单片机所产生的脉冲频率相同。第一压电传感器12和第二压电传感器14采用轴对称的方式分别紧固在密闭金属模块13相对的两侧，例如可以利用耦合剂进行紧固，第一压电传感器12对接收到的矩形波电源信号进行电-声转换并将转换后的超声波信号经密闭金属模块13传输至第二压电传感器14，第二压电传感器14对接收到的超声波信号进行声-电转换并将转换后的电源信号传输至能量初步处理模块15，其中，转换后的波形图如图3所示。在本实施方式中，两个压电传感器(即12和14)均为具有正逆压电效应的压电传感器，这一对压电传感器采用轴对称的方式、紧紧固定在密闭金属模块13相对的两侧，使得压电传感器和金属壁之间的空隙尽可能的小，这样可以更好的减少传输过程中的回波干扰。在本实施方式中，密闭金属模块13中的金属结构采用304的不锈钢材质，切割为矩形，厚度为30cm。能量初步处理模块15，用于将所接收到的转换后的电源信号进行处理以形成稳定的电压输出。在本实施方式中，能量初步处理模块15内设置有压电能量收集芯片并利用所述压电能量收集芯片进行能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种密闭金属空间的能量收集系统，其特征在于，所述系统包括：外部能量发射模块、第一压电传感器、密闭金属模块、第二压电传感器、能量初步处理模块以及能量存储模块，其中，所述外部能量发射模块，用于产生能够激励所述第一压电传感器的矩形波电源信号；所述第一压电传感器和所述第二压电传感器采用轴对称的方式分别紧固在所述密闭金属模块相对的两侧，所述第一压电传感器对接收到的所述矩形波电源信号进行电‑声转换并将转换后的超声波信号经所述密闭金属模块传输至所述第二压电传感器，所述第二压电传感器对接收到的所述超声波信号进行声‑电转换并将转换后的电源信号传输至所述能量初步处理模块；所述能量初步处理模块，用于将所接收到的转换后的电源信号进行处理以形成稳定的电压输出；所述能量存储模块对所述能量初步处理模块所输出的电压进行能量存储。

【技术特征摘要】
1.一种密闭金属空间的能量收集系统，其特征在于，所述系统包括：外部能量发射模块、第一压电传感器、密闭金属模块、第二压电传感器、能量初步处理模块以及能量存储模块，其中，所述外部能量发射模块，用于产生能够激励所述第一压电传感器的矩形波电源信号；所述第一压电传感器和所述第二压电传感器采用轴对称的方式分别紧固在所述密闭金属模块相对的两侧，所述第一压电传感器对接收到的所述矩形波电源信号进行电-声转换并将转换后的超声波信号经所述密闭金属模块传输至所述第二压电传感器，所述第二压电传感器对接收到的所述超声波信号进行声-电转换并将转换后的电源信号传输至所述能量初步处理模块；所述能量初步处理模块，用于将所接收到的转换后的电源信号进行处理以形成稳定的电压输出；所述能量存储模块对所述能量初步处理模块所输出的电压进行能量存储。2.如权利要求1所述的密闭金属空间的能量收集系统，其特征在于，所述外部能量发射模块包括：单片机以及光耦器件，其中，所述外部能量发射模块通过所述单片机产生连续的脉冲信号以作用于所述光耦器件，并通过控制所述光耦器件的连续开启与关闭作用于所述第一压电传感器，所述第一压电传感器产生的超声波在所述密闭金属模块的金属结构中进行声波能量传输。3.如权利要求2所述的密闭金属空间的能量收集系统，其特征在于，所述单片机通过定时器设置产生所述脉冲信号的占空比，所述单片机的输出端接入所述光耦器件的输入端，且连续的脉冲信号的产生频率通过测试两个压电传感器的实际中心频率来确定。4.如权利要求3所述的密闭金属空间的能量收集系统，其特征在于，所述光耦器件的开关频率与所述单片机产生的脉冲信号的频率相等。5.如权利要求1所述的密闭金属空间的能量收集系统，其特征在于，两个压电传感器均为具有正逆压电效应的压电传感器。6.如权利要求1所述的密闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，徐正光，袁正旺，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11