一种轨道车辆压电俘能及感知复合式结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种轨道车辆压电俘能及感知复合式结构，包括上下对称设置的上部结构和下部结构，上部结构或下部结构包括：金属基底，金属基底具有异形面和平滑面；多个压电陶瓷，均匀地粘贴在金属基底的平滑面中部同一圆周上；通孔压电陶瓷片，粘贴于金属基底的平滑面中心位置处；质量块，固定连接在金属基底上，且质量块贴紧通孔压电陶瓷片的外表面；非完美声学黑洞结构，均匀分布在金属基底的异形面周向方向上；多个弧形凹槽，均匀地设置在金属基底的平滑面边缘处，弧形凹槽内粘贴有质量贴片。本实用新型专利技术采用振动压电俘能与状态感知一体化设计，具有能量回收效率高和系统自感知的优点，适应于轨道车辆走行部状态长期无源监测的要求。测的要求。测的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道车辆压电俘能及感知复合式结构


[0001]本技术涉及轨道车辆状态无源传感监测
，尤其涉及一种轨道车辆压电俘能及感知复合式结构。

技术介绍

[0002]采用无源传感器实现对轨道车辆走行部(轮对、转向架、牵引电机等)状态的在线监测是确保列车安全运行的关键技术。然而，轨道车辆用无源传感器多是将压电俘能模块与状态感知源模块独立分开设计的方式，状态感知源模块往往需要独立供电，造成了无源传感系统功耗的增加，不利于长期稳定的在线监测。为了解决该技术难题，本技术专利利用声学黑洞理论，提供了一种轨道车辆压电俘能及感知复合式结构，该结构将压电俘能模块与状态感知源融为一体，在增加发电的同时降低了系统功耗，与现有技术相比，该结构具有能量回收效率高和系统功耗低的优点，适应于轨道车辆走行部状态长期监测的要求。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种轨道车辆压电俘能及感知复合式结构。
[0004]一种轨道车辆压电俘能及感知复合式结构，包括上下对称设置的上部结构和下部结构，所述上部结构或下部结构包括：
[0005]金属基底，所述金属基底具有异形面和平滑面；
[0006]多个压电陶瓷，均匀地粘贴在所述金属基底的平滑面中部同一圆周上；
[0007]通孔压电陶瓷片，粘贴于金属基底的平滑面中心位置处；
[0008]质量块，固定连接在所述金属基底上，且所述质量块贴紧所述通孔压电陶瓷片的外表面；
[0009]非完美声学黑洞结构，均匀分布在所述金属基底的异形面周向方向上；
[0010]多个弧形凹槽，均匀地设置在所述金属基底的平滑面边缘处，所述弧形凹槽内粘贴有质量贴片。
[0011]在其中一个实施例中，所述金属基底包括：
[0012]圆形主体，所述圆形主体的内部中心位置处开设有中心孔；
[0013]耳板，沿所述圆形主体的外缘周向方向上均匀分布，所述耳板的内角与所述圆形主体衔接处呈光滑的圆弧形，所述耳板的外角为圆弧角；
[0014]两个安装孔，间隔地设置在每个所述耳板上。
[0015]在其中一个实施例中，所述非完美声学黑洞结构为平面结构，且所述非完美声学黑洞结构的圆弧状凹陷为锲型边且符合声学黑洞公式。
[0016]在其中一个实施例中，所述压电陶瓷的形状为圆形，且所述压电陶瓷的中心位置与所述非完美声学黑洞结构的中心位置相配合。
[0017]在其中一个实施例中，所述质量块的一侧为平面，且其中心处开设螺纹沉头孔，所
述质量块的另一侧设有圆柱型凸台，所述圆柱型凸台上开设有螺纹孔。
[0018]在其中一个实施例中，所述质量块的圆柱形凸台与对应表面的所述通孔压电陶瓷片粘接。
[0019]在其中一个实施例中，所述非完美声学黑洞结构通过改变黑洞半径、幂指数、黑洞中心截断厚度来调整结构模态频率，使其具备多个模态频率，且某一模态频率与被测对象的故障频率匹配，其余模态频率与轨道车辆振动特征频率匹配，以实现振动信号的捕获与感知。
[0020]上述轨道车辆压电俘能及感知复合式结构，具有以下有益效果：
[0021]1、牢固可靠：本技术结构符合力学特性，上部结构和下部结构的金属基底相贴合，提高了整体结构能量回收效率与应力极限，确保了结构的可靠性。
[0022]2、压电俘能与传感感知一体化使得配合检测装置无需额外的供电装置和复杂的电路走线，降低了传感装置的安装和维护成本，更为轻量便捷。
[0023]3、能量回收效率高、传感感知灵敏度高：本技术引入声学黑洞理论，将非完美声学黑洞模型运用于发电与传感检测中，将发电与传感检测模块一体化，并让装置在一定频率范围内实现宽频能量回收，相较于传统的均匀板结构有着更高的能量回收效率与传感感知灵敏度。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本技术的轨道车辆压电俘能及感知复合式结构的结构示意图；
[0026]图2是本技术的轨道车辆压电俘能及感知复合式结构的爆炸图；
[0027]图3是本技术的金属基底的异形面的结构示意图；
[0028]图4是本技术的金属基底的平滑面的结构示意图；
[0029]图5是本技术的质量贴片的结构示意图；
[0030]图6是本技术的质量块的结构示意图；
[0031]图7是本技术的非完美声学黑洞结构的结构示意图。
具体实施方式
[0032]为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0033]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0034]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领
域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
[0035]参阅图1
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7所示，本技术一实施例提供一种轨道车辆压电俘能及感知复合式结构，包括上下对称设置的上部结构和下部结构，所述上部结构或下部结构包括：
[0036]金属基底1，所述金属基底1具有异形面和平滑面；
[0037]多个压电陶瓷5，均匀地粘贴在所述金属基底1的平滑面中部同一圆周上；
[0038]通孔压电陶瓷片9，粘贴于金属基底1的平滑面中心位置处；
[0039]质量块7，固定连接在所述金属基底1上，且所述质量块7贴紧所述通孔压电陶瓷片9的外表面；
[0040]非完美声学黑洞结构3，均匀分布在所述金属基底1的异形面周向方向上；
[0041]多个弧形凹槽4，均匀地设置在所述金属基底1的平滑面边缘处，所述弧形凹槽4内粘贴有质量贴片6。
[0042]本实施例中，通过将通孔压电陶瓷片9粘贴于金属基底1平滑面中央起发电功能，质量贴片6分别粘贴于平滑面边缘上的四个弧形凹槽4中，用以传导振动波和小范围调节结构响应模态与结构质量分布，上下两片金属基底1安装结构相同，并通过异形面粘贴连接以提高能量回收效率与发电结构的应力极限，适应列车运行环境。
[0043]在本技术一实施例中，所述金属基底1包括：
[0044]圆形主体11，所述圆形主体11的内部中心位置处开设有中心本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道车辆压电俘能及感知复合式结构，其特征在于，包括上下对称设置的上部结构和下部结构，所述上部结构或下部结构包括：金属基底(1)，所述金属基底(1)具有异形面和平滑面；多个压电陶瓷(5)，均匀地粘贴在所述金属基底(1)的平滑面中部同一圆周上；通孔压电陶瓷片(9)，粘贴于金属基底(1)的平滑面中心位置处；质量块(7)，固定连接在所述金属基底(1)上，且所述质量块(7)贴紧所述通孔压电陶瓷片(9)的外表面；非完美声学黑洞结构(3)，均匀分布在所述金属基底(1)的异形面周向方向上；多个弧形凹槽(4)，均匀地设置在所述金属基底(1)的平滑面边缘处，所述弧形凹槽(4)内粘贴有质量贴片(6)。2.如权利要求1所述的轨道车辆压电俘能及感知复合式结构，其特征在于，所述金属基底(1)包括：圆形主体(11)，所述圆形主体(11)的内部中心位置处开设有中心孔(12)；耳板(13)，沿所述圆形主体(11)的外缘周向方向上均匀分布，所述耳板(13)的内角与所述圆形主体(11)衔接处呈光滑的圆弧形，所述耳板(13)的外角为圆弧角；两个安装孔(2)，间隔地设置在每个所述耳板(13)上。3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：林臻晟，彭乐乐，张玮东，李杨祺，鲁继龙，黄泽欣，谢庆虹，张玉鼎，程思泽，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：新型
国别省市：