基于防震锤的振动-磁场能量收集电路、无线节点及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于防震锤的振动

【技术实现步骤摘要】
基于防震锤的振动
‑
磁场能量收集电路、无线节点及系统


[0001]本专利技术涉及电力设备监测
，特别是涉及一种基于防震锤的振动
‑
磁场能量收集电路、无线节点及系统。

技术介绍

[0002]我国的科技经济高速发展随之带来的是智能电网规模也日益扩大，从新中国成立来全国总的发电量已经增长了25倍，并且这一数据还在不断增高。电力系统提升、电网覆盖范围扩大对人们生活、工业需求、农业生产的影响也越来越大，输电线路的安全运行可以给地区发展带来十分稳定的保障。智能电网的安全性和可靠性直接由输电线路的运行状态体现，如果发生故障问题必然会产生巨大损失。在电网大面积覆盖时，很多线路会处在各种人迹罕至复杂的环境，容易受到高温、覆冰、风振、雷击、腐蚀等问题的影响，会出现很多故障。其中最常见的故障就是输电线断股、断线，当导线受风作用出现振动，有时甚至会出现舞动，导线受力点会经常受到拉扯、弯曲和挤压等力，造成电线材料疲软损伤最后导致断股、断线，最终造成输电线路性能如线路载流量以及机械性能下降。因此需要在线实时监测输电线运行状况，预防故障发生。
[0003]输电线路状态的在线监测对智能电网的经济高效和安全可靠的运行起着至关重要的作用，俨然输电线路的在线监测系统成为了我国智能电网不可或缺的一部分。但随着监测系统的普及，供电问题成为了一个迫切解决的难题。输电线由于长期位于野外恶劣环境且自身绝缘条件的限制，监测设备的供电无法直接通过电线获取电能，因此亟需一种完备的自供电系统对监测设备供电，这对我国的智能电网成熟化、科技化具有关键性的推进作用，并且自供电是目前一个新兴的研究方向，会对环境监测、智能工业、军事领域和能源环保方面有重大的研究意义。
[0004]目前为了满足环境友好型和带有前瞻性的要求，自供电的最优解决方案是利用传感器节点工作周围环境未被利用的能量进行供电。相对于传统的锂电池有很好的提升，传统供电方式存在污染环境、维护成本高和供电周期短的不足，通过采用自采集自使用的新方式来完成对自供电形成一个绿色新型决策，替代传统供电方式升级，满足传感器节点长期部署需求。
[0005]输电线周围充满许多未被利用的能量，比如有风能、电场能、磁场能、太阳能和振动能等多种能量。其中太阳能和风能受到环境约束很大，局限性很强；电场能量大小受制于输电线的电流电压；磁场能量分布更为充分；而振动能量有着不易受到电场干扰、来源广泛、机电耦合系数大和能量密度高等诸多优点。在众多能量收集技术中，采用结合磁场与振动能复合收集的方式来进行发电，并且复合能量收集具有将多种优点具备的优势，可以有效地收集较宽的频带能量、增大输出功率，这是目前研究热点，具有重大的科研意义。
[0006]因此，现有技术的缺陷是，缺少一种基于防震锤的振动
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磁场能量收集电路，能够收集输电线的振动能量以及磁场能量转换成电能，经电源管理电路稳压后输出直流电压提供给无线传感器节点使用。

技术实现思路

[0007]有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于防震锤的振动
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磁场能量收集电路，能够收集输电线的振动能量以及磁场能量转换成电能，经电源管理电路稳压后输出直流电压提供给无线传感器节点使用。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于防震锤的振动
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磁场能量收集电路，包括防震锤型复合能量收集器，防震锤型复合能量收集器用于收集输电线的振动能量和磁场能量转换为电能，防震锤型复合能量收集器连接有电源管理电路；所述电源管理电路包括整流充电电路、充放电控制电路以及稳压输出电路，整流充电电路连接防震锤型复合能量收集器将其电能转换成直流电，充放电控制电路连接所述整流充电电路将电能存储在储能电容C
S1
中，稳压输出电路连接充放电控制电路输出稳定的直流电压。
[0009]所述防震锤型复合能量收集器包括防震锤，防震锤设置有夹具，还包括两个主悬臂梁、两个横梁以及四个副悬臂梁，两个主悬臂梁与电缆平行，两个主悬臂梁的一端与夹具相连，两个主悬臂梁的另一端分别连接有横梁，横梁的中部与主悬臂梁的另一端连接，横梁与主悬臂梁垂直且位于同一水平面内，每个横梁的两端分别连接有一个副悬臂梁，副悬臂梁与主悬臂梁平行，副悬臂梁的一端与横梁的一端连接，另一端向夹具的方向延升并连接有磁铁块；主悬臂梁的上表面设置有第一压电层，副悬臂梁的外侧面设置有第二压电层；主悬臂梁受到输电线传递过来的水平振动采集能量传给第一压电层发电，副悬臂梁通过磁铁块采集输电线磁场能量引起的垂直振动给第二压电层发电。
[0010]所述整流充电电路包括桥式整流电路，桥式整流电路的数量等于第一压电层、第二压电层的数量之和，每一个第一压电层和第二压电层均连接有对应的桥式整流电路，桥式整流电路的两个输入端连接第一压电层或第二压电层的两个输出端，所有桥式整流电路的正输出端并接后连接稳压管D8的负极，所有桥式整流电路的负输出端并接后连接稳压管D8的正极。
[0011]所述充放电控制电路包括LTC3588芯片以及储能电容C
S1
；LTC3588芯片的PZ1端连接稳压管D8的负极，LTC3588芯片的PZ2端连接稳压管D8的正极，LTC3588芯片的Vin端连接储能电容C
S1
的一端，储能电容C
S1
的另一端接地，LTC3588芯片的Vin端还经电容C3连接LTC3588芯片的CAP端；LTC3588芯片的SW端经电感L1连接LTC3588芯片的Vout端；LTC3588芯片的Vout端经电容C4接地，LTC3588芯片的Vin2端经电容C6接地，LTC3588芯片的D0端并接D1端后连接Vin2端；电容C4并联有电容C5。
[0012]所述稳压输出电路设置有AP7354芯片，AP7354芯片的Vin端连接LTC3588芯片的Vout端，AP7354芯片的EN端连接LTC3588芯片的PGOOD端，AP7354芯片的GND端接地，AP7354芯片的Vout端经电容C7接地，AP7354芯片的Vout端输出3.3直流电压。
[0013]一种包含所述振动
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磁场能量收集电路的无线传感节点，采用所述的振动
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磁场能量收集电路供电。
[0014]所述无线传感节点设置有温度传感器，所述温度传感器连接有射频发送单元；所述温度传感器采用Si7050温度传感器，Si7050温度传感器设置有信号输出端SCL和信号输出端SDA，所述射频发送单元设置有NRF24LE1模块，NRF24LE1模块的P0.3端和P0.5端分别连接信号输出端SCL和信号输出端SDA，NRF24LE1芯片还连接有天线；Si7050温度传感器和NRF24LE1芯片的VDD端以及地端分别连接稳压输出电路的电源输出端和地端。
[0015]一种包含所述无线传感节点的无线传感系统，还包括数据接收端和数据展示端，数据接收端采用NRF24L01射频模块，NRF24L0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于防震锤的振动
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磁场能量收集电路，其特征在于，包括防震锤型复合能量收集器，防震锤型复合能量收集器用于收集输电线(9)的振动能量和磁场能量转换为电能，防震锤型复合能量收集器连接有电源管理电路；所述电源管理电路包括整流充电电路、充放电控制电路以及稳压输出电路，整流充电电路连接防震锤型复合能量收集器将其电能转换成直流电，充放电控制电路连接所述整流充电电路将电能存储在储能电容C
S1
中，稳压输出电路连接充放电控制电路输出稳定的直流电压。2.根据权利要求1所述的基于防震锤的振动
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磁场能量收集电路，其特征在于：所述防震锤型复合能量收集器包括防震锤，防震锤设置有夹具(1)，还包括两个主悬臂梁(2)、两个横梁(3)以及四个副悬臂梁(4)，两个主悬臂梁(2)与电缆平行，两个主悬臂梁(2)的一端与夹具(1)相连，两个主悬臂梁(2)的另一端分别连接有横梁(3)，横梁(3)的中部与主悬臂梁(2)的另一端连接，横梁(3)与主悬臂梁(2)垂直且位于同一水平面内，每个横梁(3)的两端分别连接有一个副悬臂梁(4)，副悬臂梁(4)与主悬臂梁(2)平行，副悬臂梁(4)的一端与横梁(3)的一端连接，另一端向夹具(1)的方向延升并连接有磁铁块(5)；主悬臂梁(2)的上表面设置有第一压电层(6)，副悬臂梁(4)的外侧面设置有第二压电层(7)；主悬臂梁(2)受到输电线(9)传递过来的水平振动采集能量传给第一压电层(6)发电，副悬臂梁(4)通过磁铁块(5)采集输电线(9)磁场能量引起的垂直振动给第二压电层(7)发电。3.根据权利要求2所述的基于防震锤的振动
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磁场能量收集电路，其特征在于：所述整流充电电路包括桥式整流电路，桥式整流电路的数量等于第一压电层(6)、第二压电层(7)的数量之和，每一个第一压电层(6)和第二压电层(7)均连接有对应的桥式整流电路，桥式整流电路的两个输入端连接第一压电层(6)或第二压电层(7)的两个输出端，所有桥式整流电路的正输出端并接后连接稳压管D8的负极，所有桥式整流电路的负输出端并接后连接稳压管D8的正极。4.根据权利要求3所述的基于防震锤的振动
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磁场能量收集电路，其特征在于：所述充放电控制电路包括LTC3588芯片以及储...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳佳，戴菁，李燕燕，罗维，李雪峰，
申请(专利权)人：重庆广仁铁塔制造有限公司，
类型：发明
国别省市：