基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置和测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置和测试方法；其中装置包括风洞(1)和采集组件；所述采集组件包括横梁、可滑动轨道(3)、端部质量块(5)、悬臂梁(6)、压电纤维片(9)、外载电阻以及电压测量装置；所述风洞(1)设置在采集组件的一端；所述横梁设置在可滑动轨道(3)上；所述悬臂梁(6)一端通过连杆(7)与横梁相连，另一端通过压电纤维片(9)与端部质量块(5)相连；所述外载电阻与压电纤维片(9)电连接构成回路，所述电压测量装置与该回路电连接。

Testing device and method of series-staggered piezoelectric energy collector based on wind-induced vibration

【技术实现步骤摘要】
基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置和测试方法
本专利技术涉及振动能量采集领域，具体地，涉及一种基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置和测试方法，尤其涉及一种基于风致振动的可调间距式的串错列压电能采集器测试装置及测试方法。
技术介绍
近年来，振动能量采集领域的研究受到国内外学者的广泛关注。压电能采集器是一种将周围环境中振动的机械能转换为电能的装置。气流流动是一种自然界最基本的现象，压电能发电装置采用悬臂梁(6)结构，在风致振动的作用下把风能转化为较高能量密度形式的电能，促进了低能耗、小型电子设备的研究与制造，具有广泛的应用前景。相对于其他发电装置压电能采集器具有较简单结构、易制作、受限小的优点，使得其具有更广阔的应用领域。如专利文献CN107819410A公开的一种压电能量采集器，其采用两块柔性电路板夹设压电陶瓷片构成压电单元。该压电能量采集器因采用柔性电路板作为压电单元的基板，柔性高，具有良好的导电性，便于装联焊接，柔性电路板可以自由的弯曲、卷绕、折叠，也可以任意伸缩移动，并且具有质量轻、厚度薄的特点，可大大减少整个压电能量采集器的体积和重量。随着压电能采集器的快速发展，其对应的测试装置和方法却仍存在着泛用性较差的问题，因此，提供一种基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置和测试方法具有较高的实用价值和意义。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置和测试方法。根据本专利技术提供的一种基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置，包括风洞和采集组件；所述采集组件包括横梁、可滑动轨道、端部质量块、悬臂梁、压电纤维片、外载电阻以及电压测量装置；所述风洞设置在采集组件的一端；所述横梁设置在可滑动轨道上；所述悬臂梁一端与横梁相连，另一端通过压电纤维片与端部质量块相连；所述外载电阻与压电纤维片电连接构成回路，所述电压测量装置与该回路电连接。优选地，所述基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置还包括连杆；所述悬臂梁的顶端通过连杆与横梁固定连接；所述连杆一端穿过横梁且与横梁固定连接，另一端与悬臂梁的顶端固定连接；悬臂梁的底端与端部质量块的顶端固定连接。优选地，所述基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置还包括信号采集电路；所述压电纤维片紧贴设置在悬臂梁上；所述压电纤维片、信号采集电路、外载电阻以及电压测量装置连接构成回路；电压测量装置用于测量外载电阻两端的电压值。优选地，所述风洞能够提供一个或多个设定大小的风速；所述横梁可切换位置地固定设置在可滑动轨道上。优选地，所述端部质量块包括形状尺寸不同、质量相同的N个质量块；其中，N为不小于2的整数。优选地：-所述外载电阻为固定电阻；和/或-所述横梁包括第一横梁、第二横梁以及第三横梁；所述端部质量块、悬臂梁、连杆、压电纤维片、信号采集电路、外载电阻以及电压测量装置中的任一种或多种组合的质量块数量与横梁数量匹配。根据本专利技术提供的一种基于风致振动的串错列压电能采集器测试方法，利用上述的基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置，包括如下步骤：步骤1：将采集组件设置在风洞中的一侧，固定端部质量块于第一横梁，连接压电纤维片、信号采集电路、外载电阻以及电压测量装置连接构成的回路；步骤2：电压测量装置测量外载电阻两端的开路电压，记录电压信号；然后逐步增加风洞风速，每ΔV为一个增加量，测量外载电阻两端的电压，并记录电压信号，记录的电压信号作为分析压电能收集器能量变化的数据；步骤3：判断是否测试完成全部形状的端部质量块，若已测试完成全部形状的端部质量块，则结束测试或者进行设定的后续步骤，若未测试完成全部形状的端部质量块，则保持风洞风速不变，更换不同形状的端部质量块，转入步骤2。优选地，所述基于风致振动的串错列压电能采集器测试方法还包括如下步骤：步骤4：步骤3中，若已测试完成全部形状的端部质量块，则在所有端部质量块都能振动的风速范围中选择设定风速V，固定截面为圆柱的端部质量块于第一横梁，另取端部质量块固定于第二横梁，取固定设置在第一横梁上的端部质量块为扰流体，取固定设置在第二横梁上的端部质量块为舞动体，且压电纤维片、信号采集电路、外载电阻以及电压测量装置连接构成的回路设置在舞动体连接的悬臂梁；步骤5：电压测量装置测量外载电阻两端的开路电压，记录电压信号；然后逐步增加第一横梁和第二横梁的距离D1，每ΔD为一个增加量，电压测量装置测量外载电阻两端的电压，并记录电压信号，记录的电压信号作为分析压电能收集器能量变化的数据；步骤6：判断是否测试完成全部形状的舞动体，若已测试完全部形状的舞动体，则结束测试或者进行设定的后续步骤，若未测试完成全部形状的舞动体，则更换不同形状的舞动体，转入步骤5。优选地，所述基于风致振动的串错列压电能采集器测试方法还包括如下步骤：步骤7：步骤6中，若已测试完成全部形状的舞动体，则将风速调至步骤4中风速V，分别固定2个截面为圆柱的端部质量块于第一横梁、第二横梁，另取端部质量块固定于第三横梁，取固定设置在第一横梁和第二横梁上的端部质量块为扰流体，取固定设置在第三横梁上的端部质量块为舞动体，且压电纤维片、信号采集电路、外载电阻以及电压测量装置连接构成的回路设置在舞动体连接的悬臂梁，取第一横梁和第二横梁间的距离D1＝2D为固定距离，取第二横梁和第三横梁间的距离为D2＝2D，其中D为舞动体的直径；步骤8：电压测量装置测量外载电阻两端的开路电压，记录电压信号；然后逐步增加D2，每ΔD为一个增加量，电压测量装置测量外载电阻两端的电压，并记录电压信号，记录的电压信号作为分析压电能收集器能量变化的数据；步骤9：判断是否测试完成全部形状的舞动体，若已测试完成全部形状的舞动体，则结束测试或者进行设定的后续步骤，若未测试完成全部形状的舞动体，则更换不同形状的舞动体，转入步骤8。优选地，所述基于风致振动的串错列压电能采集器测试方法还包括如下步骤：步骤10：步骤9中，若已测试完成全部形状的舞动体，则取第二横梁和第三横梁间的距离D1＝2D为固定，第一横梁和第二横梁间的距离为D2＝2D，重复步骤8和步骤9，,在步骤9中判断结果为已测试完全部形状的舞动体后，替换测试结束或者进入步骤11进行设定的后续操作步骤；步骤11：将风速调至步骤4中风速V，分别固定2个截面为圆柱的端部质量块于第一横梁、第三横梁，另取端部质量块固定于第二横梁；取固定设置在第一横梁和第三横梁上的端部质量块为扰流体，取固定设置在第二横梁上的端部质量块为舞动体，且压电纤维片、信号采集电路、外载电阻以及电压测量装置连接构成的回路设置在舞动体连接的悬臂梁，取第一横梁和第二横梁间的距离D1＝2D为固定距离，取第二横梁和第三横梁间的距离为D2＝2D，重复步骤8至步骤10，并在步骤10重复完成后，替换进入步骤11这一操作为结束测试操作。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术提供的基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置，具有结构简单、泛用性强、测试结果准确率高的优点；2、本专利技术提供的基于风致振动的串错列压电能采集器测试方法，能够满足不同测试精度要求，具有步骤清晰、可操作性强的优点。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置，其特征在于，包括风洞(1)和采集组件；所述采集组件包括横梁、可滑动轨道(3)、端部质量块(5)、悬臂梁(6)、压电纤维片(9)、外载电阻以及电压测量装置；所述风洞(1)设置在采集组件的一端；所述横梁设置在可滑动轨道(3)上；所述悬臂梁(6)一端与横梁相连，另一端通过压电纤维片(9)与端部质量块(5)相连；所述外载电阻与压电纤维片(9)电连接构成回路，所述电压测量装置与该回路电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置，其特征在于，包括风洞(1)和采集组件；所述采集组件包括横梁、可滑动轨道(3)、端部质量块(5)、悬臂梁(6)、压电纤维片(9)、外载电阻以及电压测量装置；所述风洞(1)设置在采集组件的一端；所述横梁设置在可滑动轨道(3)上；所述悬臂梁(6)一端与横梁相连，另一端通过压电纤维片(9)与端部质量块(5)相连；所述外载电阻与压电纤维片(9)电连接构成回路，所述电压测量装置与该回路电连接。2.根据权利要求1所述的基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置，其特征在于，所述基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置还包括连杆(7)；所述悬臂梁(6)的顶端通过连杆(7)与横梁固定连接；所述连杆(7)一端穿过横梁且与横梁固定连接，另一端与悬臂梁(6)的顶端固定连接；悬臂梁(6)的底端与端部质量块(5)的顶端固定连接。3.根据权利要求1所述的基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置，其特征在于，所述基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置还包括信号采集电路；所述压电纤维片(9)紧贴设置在悬臂梁(6)上；所述压电纤维片(9)、信号采集电路、外载电阻以及电压测量装置连接构成回路；电压测量装置用于测量外载电阻两端的电压值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置，其特征在于，所述风洞(1)能够提供一个或多个设定大小的风速；所述横梁可切换位置地固定设置在可滑动轨道(3)上。5.根据权利要求1至3中任一项所述的基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置，其特征在于，所述端部质量块(5)包括形状尺寸不同、质量相同的N个质量块；其中，N为不小于2的整数。6.根据权利要求1至3中任一项所述的基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置，其特征在于：-所述外载电阻为固定电阻；和/或-所述横梁包括第一横梁(2)、第二横梁(4)以及第三横梁(8)；所述端部质量块(5)、悬臂梁(6)、连杆(7)、压电纤维片(9)、信号采集电路、外载电阻以及电压测量装置中的任一种或多种组合的质量块数量与横梁数量匹配。7.一种基于风致振动的串错列压电能采集器测试方法，其特征在于，利用权利要求1至6中任一项所述的基于风致振动的串错列压电能采集器测试装置，包括如下步骤：步骤1：将采集组件设置在风洞(1)中的一侧，固定端部质量块(5)于第一横梁(2)，连接压电纤维片(9)、信号采集电路、外载电阻以及电压测量装置连接构成的回路；步骤2：电压测量装置测量外载电阻两端的开路电压，记录电压信号；然后逐步增加风洞风速，每ΔV为一个增加量，电压测量装置测量外载电阻两端的电压，并记录电压信号，记录的电压信号作为分析压电能收集器能量变化的数据；步骤3：判断是否测试完成全部形状的端部质量块(5)，若已测试完成全部形状的端部质量块(5)，结束测试或者进行设定的后续步骤，若未测试完成全部形状的端部质量块(5)，则保持风洞风速不变，更换不同形状的端部质量块(5)，转入步骤2。8.根据权利要求7所述的基于风致振动的串错列压电能采集器测试方法，其特征在于，所述基于风致振动的串错列压电能采集器测试方法还包括如下步骤：步骤4：步骤3中，若已测试完成全部形状的端部质量块(5)，则在所有端部质量块(5)都能振动的风速范围中选择设定风速V，固定截面为圆柱的...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜志淼，谭婷，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31