一种调谐质量的振动能量收集装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种调谐质量的振动能量收集装置，包括底座、弹性梁和扭转装置，弹性梁预变形为曲线的形式，弹性梁的上下表面均粘贴有压电片；在底座上表面左右两侧固定设置有第一支撑柱和第二支撑柱，弹性梁的两端分别固定连接在第一支撑柱和第二支撑柱上；扭转装置为U型片，U型片的开口端朝向弹性梁其中一端的方向并对称地粘接在弹性梁的中部。本实用新型专利技术结构简单，通过U型片将外部环境的振动能转化为扭转力作用到弹性梁的中部，使正弦曲线形式的弹性梁在不同稳态之间切换，稳态切换产生的大变形以及局部弹性梁的高频震动可让聚偏氟乙烯压电片产生电能，从而将环境中的振动能转化为电能代替传统化学电池为无线网络传感器节点提供电能。节点提供电能。节点提供电能。

【技术实现步骤摘要】
一种调谐质量的振动能量收集装置


[0001]本技术涉及仪器科学与工程领域，具体涉及一种调谐质量的振动能量收集装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着微机电系统(Micro
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Electro
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Mechanical System,MEMS)电子网络技术和无线传感技术的快速发展，对人类科技技术进步和生产力的提高起到了巨大的推动作用。尤其是自上世纪六十年代开始，电子网络技术和无线传感技术的结合，加速了无线传感网络技术(Wireless Sensor Network,WSN)的发展。WSN技术是一种分布式传感网络，系统的末端是由无数个可感知和监测外部世界的传感器组成。传感器之间通过无线方式组成多跳的自组织网络通信系统，构成可以协作感知、采集和处理网络覆盖区域的环境参数。目前，WSN技术己经广泛的应用在机械结构(如发动机、涡轮机、风力叶片等)、基础设施(如桥梁、高速公路、高速铁路、建筑等)和环境监测(水质监测、森林火灾预警、气候、海洋)等方面。而监测这些设备或环境的各类参数(如温度、压力、应力、湿度等)需要大量的传感器节点，且这些传感器节点需要分散布置在不同位置，通过短距离多条通信方式进行数据传输。一般采取无线通讯的方式将采集到的数据发送到基站进行处理，用户通过监控终端并对无线传感网络进行参数设置、网络管理和监测任务发布等。因此，每个传感器节点均需要提供一定的电能。
[0003]目前，传感器节点大多采用化学电池供电，但节点的使用寿命与容量有限的电池之间的矛盾越来越激烈。一方面这一类网络中的传感器节点往往尺寸较小，无法配置大容量的电池，这就导致节点的使用寿命受到了制约；另一方面，频繁的更换电池也为网络的维护带来了巨大的工作量，间接提升了网络部署的成本。尤其是对于一些部署在艰苦恶劣环境中的监测网络来说，每次维护都需要耗费巨大的人力和财力，甚至由于所处环境位置偏远或难以进行二次维护等原因导致根本无法进行电池的更换或充电操作。因此，如何寻找新的能量供给方式以突破传统电池带来的网络寿命瓶颈是决定未来WSN技术发展的关键因素之一。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种调谐质量的振动能量收集装置，能够吸收外部环境中的振动能转化为电能从而代替传统化学电池为无线网络传感器节点提供工作所需要的电能。
[0005]为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：
[0006]一种调谐质量的振动能量收集装置，其特征在于：包括底座、弹性梁和促使弹性梁发生变形的扭转装置，所述弹性梁预变形为曲线的形式，所述弹性梁的上下表面均粘贴有压电片；在所述底座上表面左右两侧固定设置有第一支撑柱和第二支撑柱，所述弹性梁的两端分别固定连接在所述第一支撑柱和第二支撑柱上；所述扭转装置为U型片，所述U型片
的开口端朝向所述弹性梁其中一端的方向并对称地粘接在所述弹性梁的中部，所述U型片的两个端头处加重设置。
[0007]进一步地，所述弹性梁预变形为正弦曲线的形状。
[0008]进一步地，所述U型片的两个端头处固定连接有质量块。
[0009]更进一步地，在所述底座上表面还设置有防止弹性梁发生上下位移的限位装置，所述限位装置包括第三支撑柱和第四支撑柱，所述第三支撑柱和第四支撑柱分别固定设置在所述底座上表面弹性梁中部两侧的位置，所述第三支撑柱和第四支撑柱的上部之间设置有顶板，在所述顶板下表面与所述弹性梁中部对应的位置处设置有第一限位块，在所述底座上表面与所述第一限位块相对应的地方设置有第二限位块，所述第一限位块和所述第二限位块之间留有可以让所述弹性梁传递弯矩但不能上下发生位移的间距。
[0010]进一步地，所述第一支撑柱和第二支撑柱相对的一侧侧面上部切割有与弹性梁两端适配的缝隙，所述弹性梁的两端分别嵌入所述第一支撑柱和第二支撑柱的缝隙中并通过在缝隙中填入粘接剂使弹性梁与第一支撑柱和第二支撑柱之间刚性连接。
[0011]优选的，所述压电片为聚偏氟乙烯压电片。
[0012]优选的，所述第一支撑柱、第二支撑柱均采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。
[0013]优选的，所述弹性梁和所述U型片均采用304不锈钢材料制成。
[0014]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0015](1)本技术的调谐质量的振动能量收集装置，通过扭转装置将外部环境的振动能转化为扭转力作用到弹性梁的中部，预变形为曲线形式的弹性梁在受到扭转装置产生的扭转力后发生变形，弹性梁产生的变形以及局部弹性梁的震动可让附着在弹性梁上下表面的聚偏氟乙烯压电片吸收变性能转变成为电能输出，从而将环境中的振动能转化为电能代替传统化学电池为无线网络传感器节点的工作提供电能，解决了传统化学电池对传感器节点使用寿命的制约；并且本装置结构简单，制作费用较低，能够在野外无人区或恶劣环境中工作，应用范围广，实用性强，同时无需频繁地对装置进行维护，节省了大量的财力和人力。
[0016](2)本技术将弹性梁预变形为正弦曲线的形式，当U型片在外部环境的激振作用下发生上下往复摆动将外部环境振动能量转化为扭转力作用到弹性梁中部时，预变形为正弦曲线形式的弹性梁会在不同稳态之间切换，稳态切换产生的大变形以及局部弹性梁的高频震动可大大提高聚偏氟乙烯压电片的发电效率。
[0017](3)本技术还在弹性梁的中部设置有限位装置来限制弹性梁发生上下位移，让弹性梁能够传递弯矩但不能上下发生位移，避免因U型片的摆动范围过大而对弹性梁造成破坏。
[0018](4)本技术构成装置主体结构的部件均采用聚甲基丙烯酸甲酯以及不锈钢材料制成，避免了电磁干扰对装置造成的影响。
[0019](5)本技术的调谐质量的振动能量收集装置，具有可再生不消耗燃料、机电转化效率高、安全无污染等特点，利用环境中的振动能去发电不仅对环境友好，符合当今时代对清洁能源的追求，应用前景广阔，应用范围广，并且能够作为一种新的能量供给方式在一定程度上突破了传统电池带来的网络寿命瓶颈，为未来WSN技术发展提供了一个方向。
附图说明
[0020]图1为本技术实施例的调谐质量的振动能量收集装置的立体结构示意图；
[0021]图2为本技术实施例的调谐质量的振动能量收集装置的工作原理示意图；
[0022]图3为本技术实施例的预变形为正弦曲线形式的弹性梁的立体结构示意图；
[0023]图4为本技术实施例的压电片与弹性梁上下表面的粘贴关系示意图。
[0024]图中：1
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底座，2
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弹性梁，3
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第一支撑柱，4
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第二支撑柱，5
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聚偏氟乙烯压电片，6
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U型片，7
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质量块，8
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第三支撑柱，9
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第四支撑柱，10
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第一限位块，11
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第二限位块。
具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调谐质量的振动能量收集装置，其特征在于：包括底座、弹性梁和促使弹性梁发生变形的扭转装置，所述弹性梁预变形为曲线的形式，所述弹性梁的上下表面均粘贴有压电片；在所述底座上表面左右两侧固定设置有第一支撑柱和第二支撑柱，所述弹性梁的两端分别固定连接在所述第一支撑柱和第二支撑柱上；所述扭转装置为U型片，所述U型片的开口端朝向所述弹性梁其中一端的方向并对称地粘接在所述弹性梁的中部，所述U型片的两个端头加重设置。2.根据权利要求1所述的一种调谐质量的振动能量收集装置，其特征在于：所述弹性梁预变形为正弦曲线的形式。3.根据权利要求1所述的一种调谐质量的振动能量收集装置，其特征在于：所述U型片的两个端头处固定连接有质量块。4.根据权利要求1所述的一种调谐质量的振动能量收集装置，其特征在于：在所述底座上表面还设置有防止弹性梁发生上下位移的限位装置，所述限位装置包括第三支撑柱和第四支撑柱，所述第三支撑柱和第四支撑柱分别固定设置在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘远亮，吴楠，吴瑜灵，李诚，孙凌志，
申请(专利权)人：广东建科创新技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：