【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及振动能量收集，具体涉及一种多维度宽频带的振动能量收集装置。
技术介绍
1、随着智能交通和智慧工厂等领域的快速发展，各类物联网终端的需求量正急剧上升。目前用于交通系统和工厂工作场景中的物联网终端设备，主要是通过电池或电路系统来进行供电。使用电池对设备进行供电需要定期进行更换，会造成成本的增加，另外，废弃电池对自然环境也会产生负面影响。采用电路系统对物联网设备进行供电会限制设备的使用灵活性，其次，大量的物联网终端设备设置也会增加电气线路布置的难度。因此，如何从环境中获取能量为物联网终端设备供电受到了广泛地关注和研究。
2、在交通运输和工厂机械运作的过程中，振动现象是普遍存在的。利用压电效应可以将环境振动产生的机械能转换为电能。基于此原理，目前出现了各种类型的振动能量收集器。但是，自然场景下的机械振动通常是多维度、多频率、不可预测的，因此需要收集设备具有对多方向、宽频带的振动能量俘获能力，目前多数振动能量收集器仅能针对单一维度、固定频率的振动信号进行收集。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种多维度宽频带的振动能量收集装置，该振动能量收集装置能够从多个方向收集较宽频带的振动信号，并将振动产生的机械能转换为电能，用于给传感器一类的物联网终端设备供电。
2、本专利技术采用以下具体技术方案：
3、一种多维度宽频带的振动能量收集装置，该振动能量收集装置包括立体框架、压电能量收集装置、固定杆以及外部导线；
4、所述压电能量收集装置由固
5、所述固定杆的一端固定连接于所述固定球，另一端固定连接于所述立体框架，用于将所述压电能量收集装置支承于所述立体框架内；
6、所述外部导线的一端连接所述压电悬臂梁，另一端伸出所述立体框架，用于将所述压电悬臂梁产生的电能导出。
7、更进一步地，所述压电悬臂梁由基板、储能电路、压电片以及内部导线组成；
8、所述基板为采用柔性材料制成的t型悬臂梁结构，一端固定连接于所述固定球，另一端为悬空的自由端；所述基板的两侧表面均固定安装有所述压电片；
9、所述压电片与所述储能电路电连接，用于将振动能量转换为电能；
10、所述储能电路固定安装于所述基板的自由端，用于储存所述压电片产生的电能；
11、所述内部导线固定安装于所述基板，一端连接所述储能电路，另一端与所述外部导线电连接。
12、更进一步地，对称设置的两个所述压电悬臂梁具有不同的一阶固有频率。
13、更进一步地，所述压电悬臂梁的一阶固有频率通过所述基板的长度、宽度和厚度进行调节。
14、更进一步地，所述压电悬臂梁的一阶固有频率通过在所述基板的自由端增设配重块进行调节。
15、更进一步地，所述配重块由所述储能电路构成。
16、更进一步地，所述基板采用柔性pcb材料制成；
17、所述压电片采用石英、钛酸钡或者pzt材料制成。
18、更进一步地，所述固定球设置有与所述基板和所述固定杆一一对应的插槽；
19、所述基板和所述固定杆插接于对应的所述插槽内。
20、更进一步地，所述固定球通过上下交错分布的四根所述固定杆连接至所述立体框架的四个相对顶点处。
21、更进一步地，所述立体框架为立方体形结构；
22、所述固定球的球心与所述立体框架的几何中心重合；
23、所述固定杆为圆管；
24、所述外部导线穿设于所述圆管内。
25、有益效果：
26、1、本专利技术的振动能量收集装置在立体框架内通过固定杆和固定球安装有两两一组的六个压电悬臂梁，每组中的两个压电悬臂梁对称固定安装于固定球的两侧，三组压电悬臂梁中，一组沿x轴分布，一组沿y轴分布，另一组沿z轴分布，通过沿三个坐标轴分布的三组压电悬臂梁能够收集环境中多维度的振动能量，多轴压电悬臂梁通过固定球连接分布在空间中多个方向上，悬臂梁结构可以提高压电能量收集装置的受力形变，从而提高压电能量收集装置对振动能量的感知能力。上述振动能量收集装置通过将多方向的压电悬臂梁悬空固定于立体框架内部，确保了装置能够收集多方向的振动能量，同时，立体框架也能保护内部元件，提高了收集装置的稳定性和可靠性。因此，上述振动能量收集装置能够从多个方向收集较宽频带的振动信号，并将振动产生的机械能转换为电能，用于给传感器一类的物联网终端设备供电，解决了现有大多数振动能量收集器仅能针对单一维度的振动能量进行收集的问题。
27、2、本专利技术的振动能量收集装置在每个压电悬臂梁的基板的上、下表面固定有压电片，基板的一端固定安装于固定球、另一端为自由端且悬空，自由端上放置有储能电路；当外界有不同方向的振动时，相应方向上的悬臂梁产生弯曲，使得基板两侧的压电片发生形变产生电能，提高了对多维度振动能量的利用率；还可以通过在基板的自由端放置配重块，提高压电悬臂梁的受力形变，提高了对振动能量的利用率。
28、3、本专利技术的振动能量收集装置能够实现对环境中宽频带的振动能量进行收集，压电悬臂梁的一阶固有频率可以通过基板的参数进行调节或者通过在基板的自由端增设配重块进行调节，通过调节可使各个压电悬臂梁具有不同的一阶固有频率，实现了同轴的两个压电悬臂梁工作频率的扩展，进一步提高了振动能量的收集效率。
29、4、本专利技术的振动能量收集装置将储能电路布置在基板的自由端，在实现电能转换和管理的同时，还可以作为配重质量块使用；根据压电悬臂梁的频率响应需求，对自由端承载的储能电路进行配重调节，使得同轴的压电悬臂梁具有可调的共振频率，以响应使用场景中振动激励信号，实现宽频带振动能量收集。
30、5、本专利技术的振动能量收集装置通过四根固定杆将固定球支承于立体框架内，通过固定杆在保证稳定的同时，最大程度上避免了多余材料的使用，减轻了整个振动能量收集装置的重量。
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1.一种多维度宽频带的振动能量收集装置，其特征在于，包括立体框架、压电能量收集装置、固定杆以及外部导线；
2.如权利要求1所述的振动能量收集装置，其特征在于，所述压电悬臂梁由基板、储能电路、压电片以及内部导线组成；
3.如权利要求2所述的振动能量收集装置，其特征在于，对称设置的两个所述压电悬臂梁具有不同的一阶固有频率。
4.如权利要求3所述的振动能量收集装置，其特征在于，所述压电悬臂梁的一阶固有频率通过所述基板的长度、宽度和厚度进行调节。
5.如权利要求3所述的振动能量收集装置，其特征在于，所述压电悬臂梁的一阶固有频率通过在所述基板的自由端增设配重块进行调节。
6.如权利要求5所述的振动能量收集装置，其特征在于，所述配重块由所述储能电路构成。
7.如权利要求2所述的振动能量收集装置，其特征在于，所述基板采用柔性PCB材料制成；
8.如权利要求1所述的振动能量收集装置，其特征在于，所述固定球设置有与所述基板和所述固定杆一一对应的插槽；
9.如权利要求1所述的振动能量收集装置，其特征在于，
10.如权利要求1-9任一项所述的振动能量收集装置，其特征在于，所述立体框架为立方体形结构；
...【技术特征摘要】
1.一种多维度宽频带的振动能量收集装置，其特征在于，包括立体框架、压电能量收集装置、固定杆以及外部导线；
2.如权利要求1所述的振动能量收集装置，其特征在于，所述压电悬臂梁由基板、储能电路、压电片以及内部导线组成；
3.如权利要求2所述的振动能量收集装置，其特征在于，对称设置的两个所述压电悬臂梁具有不同的一阶固有频率。
4.如权利要求3所述的振动能量收集装置，其特征在于，所述压电悬臂梁的一阶固有频率通过所述基板的长度、宽度和厚度进行调节。
5.如权利要求3所述的振动能量收集装置，其特征在于，所述压电悬臂梁的一阶固有频率通过在所述基板的自...
【专利技术属性】
技术研发人员：付海岭，谢昊鹏，邓方，王向阳，丁宁，刘卓文，吕茂斌，王梓禹，周家东，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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