一种新型自匹配压电振动能量收集器,涉及振动能量采集技术领域，解决了现有压电振动能量采集器的检测精度和效果较差的问题，包括压电振动能量采集装置频率传感器、控制处理器和步进电机，采集装置包括外伸长度能够沿自身长度方向调节的悬臂梁；频率传感器安装在采集装置上，能够探测外激励源的振动频率信号并发送至控制处理器；控制处理器能够根据振动频率信号通过控制步进电机调节悬臂梁的外伸长度，使采集装置固有频率接近或达到能够与外部激励源共振的频率。本实用新型专利技术能够对外激励振动频率的检测感知，自动调节悬臂梁的外伸长度，实现其固有频率与外激励频率的匹配，提高了能量收集效率。收集效率。收集效率。
【技术实现步骤摘要】
一种新型自匹配压电振动能量收集器
[0001]本技术涉及振动能量采集
，具体涉及一种新型自匹配压电振动能量收集器。
技术介绍
[0002]压电振动能量采集器是利用压电材料的正压电效应，能够将环境当中的废弃振动能量转换为可利用的电能。目前已有的悬臂梁压电能量采集器当中的悬臂梁的外伸长度都是固定的。但外激励源(载体)的振动频率并非单一不变，在外激励源(载体)的频率变化时，此时常见的采集装置无法随时的感知外激励的频率大小，更无法检测到频率后作出相应的调节，使能源的收集率大大降低。
[0003]公开号CN103036478A的中国专利技术专利申请《带有弹性放大机构的高效宽频带振动能量采集器》中提出的能量采集器可以实现放大基座的微弱振动位移，从而提高压电振子的能量转化效率。公开号CN105610347A的中国专利技术专利申请《一种非线性宽频压电振动能量采集器》中，通过弹性放大机构与双稳态压电振动能量采集器组成一个两自由度非线性振动系统，可以调节两个永磁铁间隙，进而拓宽双稳态压电振动能量采集器的工作频带，来实现对振动能量的高效采集。公开号CN210839391U的中国专利《一种悬臂梁式非线性压电振动能量采集器》中公开了悬臂梁的外伸长度能够手动调节，从而改变悬臂梁的固有频率，使能量采集器与外部激励源更有效的匹配。
[0004]现有技术的主要问题是，在外部环境激励变化时，悬臂梁的长度是固定的或者只能通过手动调节方式对悬臂梁的长度进行调节，无法实现自动调节，手动调节不方便，且只能根据经验粗调，易导致能量收集效率不理想。
技术实现思路
[0005]为了解决现有压电振动能量采集器能量收集的效率较低的问题，本技术提供一种新型自匹配压电振动能量收集器。
[0006]本技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一种新型自匹配压电振动能量收集器，由悬臂梁、压电双晶陶瓷片、支撑框、PLC控制器、频率传感器、步进电机和传动装置构成。
[0008]所述的一种新型自匹配压电振动能量收集器，所述悬臂梁包括压电双晶陶瓷片和金属基板；所述压电双晶陶瓷片包括上压电陶瓷片和下压电陶瓷片，所述悬臂梁由上压电陶瓷片和下压电陶瓷片经过高强度粘结胶在高温固化之后黏结在悬臂梁的金属基板上下两个表面间结构构成，在悬臂梁的外伸端固结有第一永磁铁。
[0009]所述的一种新型自匹配压电振动能量收集器，所述支撑框的底板上安装有频率传感器，控制处理器采用PLC控制器，PLC控制器通过第一螺钉固定在左侧板上，步进电机通过第二螺钉固定在左侧板上，传动装置由与步进电机相连接的齿轮和固定在悬臂梁上的齿条啮合进行传动。
[0010]所述的一种新型自匹配压电振动能量收集器，支撑框为一体成型结构，所述支撑框的底板上的频率传感器，设置在左侧板或右侧板上。
[0011]所述的一种新型自匹配压电振动能量收集器，所述传动装置设置在悬臂梁的固定侧端，传动装置包括齿轮和齿条，齿条固定在悬臂梁上，齿条具体沿悬臂梁度方向设置，齿条啮合齿轮，齿轮连接步进电机，通过步进电机提供驱动力依靠齿轮与齿条的传动装置实现对悬臂梁外伸端长度的控制。
[0012]所述的一种新型自匹配压电振动能量收集器，所述支撑框为U型，支撑框包括左侧板、右侧板、左侧底部紧固螺钉、右侧底部紧固螺钉、压轮、底板，左侧板开一个连接滑槽接口称为接口槽，小轮均匀分布一排组成压轮，压轮通过胶粘固定在接口槽内部上、下面，压轮上带有橡胶套，橡胶套上有防滑纹；左侧板由左侧底部紧固螺钉与底板固定，压轮与悬臂梁的压紧程度通过左侧顶部紧固螺钉实现调节；右侧板由右侧底部紧固螺钉与底板固定；右侧板上固定有第二永磁铁，第二永磁铁对应第一永磁铁设置，第二永磁铁朝向第一永磁铁的面的磁性与第一永磁铁朝向第二永磁铁的面的磁性相同。
[0013]本技术的有益效果是：
[0014]本技术的一种新型自匹配压电振动能量收集器在外部环境激励变化时，对外激励频率的检测感知，自动调节悬臂梁的外伸长度，及时地对能量采集系统的结构参数进行智能调节，以便其固有频率与外激励的频率匹配，本技术通过改变悬臂梁式压电振动能量采集器的悬臂梁的外伸长度，使悬臂梁的固有频率与外激励的频率匹配，达到拓宽压电振动能量采集器工作频带的目的，提高能量收集的效率。
附图说明
[0015]图1为一种新型自匹配压电振动能量收集器的结构示意图。
[0016]图2为一种新型自匹配压电振动能量收集器的局部结构图。
[0017]图3为一种新型自匹配压电振动能量收集器的传动装置立体图。
[0018]图4为一种新型自匹配压电振动能量收集器的悬臂梁接口槽装配主视图。
[0019]图5为一种新型自匹配压电振动能量收集器的悬臂梁接口槽装配左视图。
[0020]图6为一种新型自匹配压电振动能量收集器的调控原理图
[0021]图7为一种新型自匹配压电振动能量收集器的工作流程图。
[0022]图中：1、悬臂梁，2、压电双晶陶瓷片，3、支撑框，4、PLC控制器，5、频率传感器，6、步进电机，7、传动装置，101、金属基板，102、齿条，103、第一永磁铁，104、第二永磁铁，201、上压电陶瓷片，202、下压电陶瓷片，301、左侧板，302、右侧板，303、左侧底部紧固螺钉，304、右侧底部紧固螺钉，305、压轮，306、左侧顶部紧固螺钉，307、底板，401、第一螺钉，601、第二螺钉， 701、齿轮。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本技术做进一步详细说明。
[0024]一种新型自匹配压电振动能量收集器，由悬臂梁1、压电双晶陶瓷片2、支撑框3、PLC控制器4、频率传感器5、步进电机6和传动装置7构成，所述能量采集器振动频率信息通过控制步进电机调节悬臂梁的外伸长度，使压电振动能量采集装置固有频率接近或达到能
够与外部激励源共振的频率。
[0025]所述的一种新型自匹配压电振动能量收集器，所述悬臂梁1包括压电双晶陶瓷片2和金属基板101；所述压电双晶陶瓷片2包括上压电陶瓷片201和下压电陶瓷片202，所述悬臂梁1由结构尺寸、材料性质完全相同、极化方向相反、压电系数大的上压电陶瓷片201和下压电陶瓷片202经过高强度粘结胶在高温固化之后黏结在悬臂梁1的金属基板101上下两个表面间结构构成，在悬臂梁1 的外伸端固结有第一永磁铁103。
[0026]所述的一种新型自匹配压电振动能量收集器，所述支撑框3的底板307上安装有频率传感器5，若支撑框3为一体成型结构，也可设置在左侧板301或右侧板302上控制处理器采用PLC控制器4，PLC控制器4通过第一螺钉401固定在左侧板301上，步进电机6通过第二螺钉601固定在左侧板301上，传动装置7由与步进电机6相连接的齿轮701和固定在悬臂梁1上的齿条102啮合进行传动。
[0027]所述的一种新型自匹配压电振动能量收集器，所述传动装置7设置在悬臂梁1的固定侧端，传动本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种新型自匹配压电振动能量收集器，其特征在于，由悬臂梁(1)、支撑框(3)、PLC控制器(4)、频率传感器(5)、步进电机(6)和传动装置(7)构成；所述悬臂梁(1)包括压电双晶陶瓷片(2)和金属基板(101)；所述压电双晶陶瓷片(2)包括上压电陶瓷片(201)和下压电陶瓷片(202)，所述悬臂梁(1)由上压电陶瓷片(201)和下压电陶瓷片(202)经过高强度粘结胶在高温固化之后黏结在悬臂梁(1)的金属基板(101)上下两个表面间结构构成，在悬臂梁(1)的外伸端固结有第一永磁铁(103)；所述支撑框(3)的底板(307)上安装有频率传感器(5)，控制处理器采用PLC控制器(4)，PLC控制器(4)通过第一螺钉(401)固定在左侧板(301)上，步进电机(6)通过第二螺钉(601)固定在左侧板(301)上，传动装置(7)由与步进电机(6)相连接的齿轮(701)和固定在悬臂梁(1)上的齿条(102)啮合进行传动。2.如权利要求1所述的一种新型自匹配压电振动能量收集器，其特征在于，支撑框(3)为一体成型结构，所述支撑框(3)的底板(307)上的频率传感器(5)，设置在左侧板(301)或右侧板(302)上。3.如权利要求1所述的一种新型自匹配压电振动能量收集器，其特征在于，所述传动装置(7)设置在悬臂梁(1)的固定侧端，传动装置(7...
【专利技术属性】
技术研发人员：李欣业，曾浩，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：
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