【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及公路桥梁装备，特别涉及基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置及其系统。
技术介绍
1、车辆荷载及环境脉动都将导致桥梁振动，主梁的荷载将通过支座传递到下部结构。橡胶支座包括板式和盆式构型，广泛应用于公路和铁路桥梁上。其主要功能是承载桥梁重量并允许桥梁在温度变化、车辆荷载等因素影响下进行适当的位移和转动。
2、然而现有技术仍存在不足之处，例如专利号为：201110021763.0的桥梁振动智能供电系统及方法，包括能量转换装置、电能存储装置和电源管理装置。系统通过振动传递机构、连杆、曲柄和发电机将桥梁振动压力转换为电能。尽管这种系统能够有效地收集和转化桥梁产生的振动能量，但其结构复杂，可能不适合广泛推广；
3、专利号为：201210200874.2的利用桥梁振动的压电式能量转化收集装置采用由多个压电元件并行连接组成的压电设备，将机械振动转换为电能。其偏重于利用支座等采集能量，而不是关注于支座和桥梁结构本身的健康安全状态，不适用于公路桥梁支座分散，载荷较小的情况；
4、专利号为：202011618855.2的自俘能摩擦生电桥梁支座健康监测系统及调节支座的方法系统包括:摩擦发电机,其第一电极和第二电极分别设置在支座上钢板和支座上；功率放大器,其输入端接摩擦发电机的输出端；激振器,其输入端接功率放大器的输出端；能量收集装置,其设置在激振器上；该系统利用纳米摩擦发电装置采集支座振动能量，价格昂贵，不适合广泛推广。
技术实现思路
1、本专利技术提
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，包括：橡胶支座、加劲钢板和压电片，所述橡胶支座内水平插接有多个加劲钢板，加劲钢板两端面均装有多个压电片，加劲钢板端面上的压电片间呈圆周等距设置，多个压电片之间通过第一导线与第二导线并联。
3、优选的是，还包括：上锚固座、下锚固座、导向管和定位柱，所述橡胶支座同轴设置在导向管内，导向管的顶端与上锚固座底面连接，上锚固座底面的上圆槽与橡胶支座顶端插接配合，橡胶支座的底端与圆槽插接配合，圆槽开设在定位柱的顶面，定位柱底面与下锚固座顶面连接，导向管底端设置在定位柱顶面的下方。
4、优选的是，所述定位柱顶面开有环形槽，环形槽设置在凹槽外围，环形槽远离橡胶支座的内壁开有环形卡槽，环形槽内设有环形油囊，环形油囊侧壁设有卡环，卡环与环形卡槽卡接配合，环形油囊顶端与压环底端接触配合，压环顶端通过密封弹簧与安装槽顶壁连接，安装槽开设在安装管的底面，安装管的顶面与上锚固座底面连接，安装管设置在导向管内。
5、优选的是，所述定位柱顶面圆周阵列开有多个冷却孔，冷却孔位于圆槽与环形槽之间，冷却孔底端朝向环形油囊侧壁设置，环形油囊侧壁连接有导热管，导热管与冷却孔插接配合，导热管侧壁与橡胶支座侧壁连接，定位柱内设有降温机构，以对环形油囊进行降温。
6、优选的是，所述降温机构包括：散热翅片，所述定位柱侧壁装有多个散热翅片，定位柱内开有环形导热腔，环形导热腔内充有氮气，环形导热腔设置在定位柱侧壁与环形槽侧壁之间。
7、优选的是，所述定位柱内开有安装腔，安装腔底壁上转动连接有转轴，转轴上的安装盘侧壁铰接有多个连杆的端部，安装盘底面通过复位扭簧与安装腔底壁连接，连杆与驱动机构连接，驱动机构与环形油囊接触配合，连杆穿处至定位柱外的另一端与导向管内壁接触配合。
8、优选的是，所述驱动机构包括：驱动齿条、中转齿、从动齿条和推力弧，所述连杆上装有驱动齿条，驱动齿条与中转齿一侧啮合连接，中转齿转动安装在安装腔的底壁上，中转齿另一侧与从动齿条啮合连接，从动齿条与推力弧一端连接，安装腔内壁开有导向槽的一端，导向槽的另一端与环形槽连接，推力弧与导向槽滑动连接，推力弧另一端与环形油囊接触配合。
9、优选的是，所述导向管侧壁装有多个驱动块，驱动块两侧壁均设有圆角，驱动块设置在连杆的上方。
10、优选的是，基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知系统，适用于上述任一项所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，包括：ac/dc放大电路模块、大容量电容器、电源管理芯片和锂电池，所述第一导线与供电线一端连接，第二导线与供电线另一端连接，供电线与上锚固座顶面的导线孔插接配合，供电线上依次串联有ac/dc放大电路模块、大容量电容器、电源管理芯片和锂电池。
11、优选的是，还包括：边缘计算模块；所述边缘计算模块包括：无线采集单元、传输单元和云平台，所述锂电池一侧通过电源线与无线采集单元连接，锂电池另一侧通过第二电源线与传输单元连接，无线采集单元和传输单元串联在信号线上，信号线一端与第一导线连接，信号线另一端与第二导线连接，传输单元通过无线网络与云平台连接。
12、本专利技术的有益效果如下：
13、在本专利技术的方案中：
14、1.当压电片受到外力作用后，压电片内产生电流，传输至俘能感知系统中，以对桥梁的健康状态进行监测；
15、2.通过在橡胶支座原有的基础上，添加加劲钢板和压电片，不改变既有支座结构特性，构造简单，便于工业规模化加工制造；
16、3.压电片产生的电能不仅可以被收集，还能通过与俘能感知系统的连接，监控支座和桥梁结构本身的健康安全状态，适用于公路桥梁支座分散，载荷较小的情况；
17、4.由于压电片采用压电陶瓷耐高温耐腐蚀的材料制成，因此压电片适用于支座高温高压的生产环境，且压电陶瓷价格低廉，适合广泛推广；
18、5.阵列式布置压电片，并采用冗余设计布线，防止因局部导线损伤而导致整个支座传感器系统失效的情况，提高传感系统的鲁棒性。
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1.基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，包括：橡胶支座(1)、加劲钢板(2)和压电片(3)，所述橡胶支座(1)内水平插接有多个加劲钢板(2)，加劲钢板(2)两端面均装有多个压电片(3)，加劲钢板(2)端面上的压电片(3)间呈圆周等距设置，多个压电片(3)之间通过第一导线与第二导线并联。
2.根据权利要求1所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，还包括：上锚固座(4)、下锚固座(5)、导向管(6)和定位柱(7)，所述橡胶支座(1)同轴设置在导向管(6)内，导向管(6)的顶端与上锚固座(4)底面连接，上锚固座(4)底面的上圆槽与橡胶支座(1)顶端插接配合，橡胶支座(1)的底端与圆槽插接配合，圆槽开设在定位柱(7)的顶面，定位柱(7)底面与下锚固座(5)顶面连接，导向管(6)底端设置在定位柱(7)顶面的下方。
3.根据权利要求2所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，所述定位柱(7)顶面开有环形槽，环形槽设置在凹槽外围，环形槽远离橡胶支座(1)的内壁开有环形卡槽，环形槽内设有环形油囊(8)，环形油囊(8)
4.根据权利要求3所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，所述定位柱(7)顶面圆周阵列开有多个冷却孔，冷却孔位于圆槽与环形槽之间，冷却孔底端朝向环形油囊(8)侧壁设置，环形油囊(8)侧壁连接有导热管(12)，导热管(12)与冷却孔插接配合，导热管(12)侧壁与橡胶支座(1)侧壁连接，定位柱(7)内设有降温机构(13)，以对环形油囊(8)进行降温。
5.根据权利要求4所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，所述降温机构(13)包括：散热翅片(14)，所述定位柱(7)侧壁装有多个散热翅片(14)，定位柱(7)内开有环形导热腔(15)，环形导热腔(15)内充有氮气，环形导热腔(15)设置在定位柱(7)侧壁与环形槽侧壁之间。
6.根据权利要求5所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，所述定位柱(7)内开有安装腔，安装腔底壁上转动连接有转轴(16)，转轴(16)上的安装盘侧壁铰接有多个连杆(17)的端部，安装盘底面通过复位扭簧与安装腔底壁连接，连杆(17)与驱动机构(18)连接，驱动机构(18)与环形油囊(8)接触配合，连杆(17)穿处至定位柱(7)外的另一端与导向管(6)内壁接触配合。
7.根据权利要求6所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，所述驱动机构(18)包括：驱动齿条(19)、中转齿(20)、从动齿条(23)和推力弧(32)，所述连杆(17)上装有驱动齿条(19)，驱动齿条(19)与中转齿(20)一侧啮合连接，中转齿(20)转动安装在安装腔的底壁上，中转齿(20)另一侧与从动齿条(23)啮合连接，从动齿条(23)与推力弧(32)一端连接，安装腔内壁开有导向槽的一端，导向槽的另一端与环形槽连接，推力弧(32)与导向槽滑动连接，推力弧(32)另一端与环形油囊(8)接触配合。
8.根据权利要求7所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，所述导向管(6)侧壁装有多个驱动块(24)，驱动块(24)两侧壁均设有圆角，驱动块(24)设置在连杆(17)的上方。
9.基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知系统，适用于权利要求1-3任一项所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，包括：AC/DC放大电路模块、大容量电容器、电源管理芯片和锂电池，所述第一导线与供电线一端连接，第二导线与供电线另一端连接，供电线与上锚固座(4)顶面的导线孔插接配合，供电线上依次串联有AC/DC放大电路模块、大容量电容器、电源管理芯片和锂电池。
10.根据权利要求9所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知系统，其特征在于，还包括：边缘计算模块；所述边缘计算模块包括：无线采集单元、传输单元和云平台，所述锂电池一侧通过电源线与无线采集单元连接，锂电池另一侧通过第二电源线与传输单元连接，无线采集单元和传输单元串联在信号线上，信号线一端与第一导线连接，信号线另一端与第二导线连接，传输单元通过无线网络与云平台连接。
...【技术特征摘要】
1.基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，包括：橡胶支座(1)、加劲钢板(2)和压电片(3)，所述橡胶支座(1)内水平插接有多个加劲钢板(2)，加劲钢板(2)两端面均装有多个压电片(3)，加劲钢板(2)端面上的压电片(3)间呈圆周等距设置，多个压电片(3)之间通过第一导线与第二导线并联。
2.根据权利要求1所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，还包括：上锚固座(4)、下锚固座(5)、导向管(6)和定位柱(7)，所述橡胶支座(1)同轴设置在导向管(6)内，导向管(6)的顶端与上锚固座(4)底面连接，上锚固座(4)底面的上圆槽与橡胶支座(1)顶端插接配合，橡胶支座(1)的底端与圆槽插接配合，圆槽开设在定位柱(7)的顶面，定位柱(7)底面与下锚固座(5)顶面连接，导向管(6)底端设置在定位柱(7)顶面的下方。
3.根据权利要求2所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，所述定位柱(7)顶面开有环形槽，环形槽设置在凹槽外围，环形槽远离橡胶支座(1)的内壁开有环形卡槽，环形槽内设有环形油囊(8)，环形油囊(8)侧壁设有卡环(9)，卡环(9)与环形卡槽卡接配合，环形油囊(8)顶端与压环(10)底端接触配合，压环(10)顶端通过密封弹簧与安装槽顶壁连接，安装槽开设在安装管(11)的底面，安装管(11)的顶面与上锚固座(4)底面连接，安装管(11)设置在导向管(6)内。
4.根据权利要求3所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，所述定位柱(7)顶面圆周阵列开有多个冷却孔，冷却孔位于圆槽与环形槽之间，冷却孔底端朝向环形油囊(8)侧壁设置，环形油囊(8)侧壁连接有导热管(12)，导热管(12)与冷却孔插接配合，导热管(12)侧壁与橡胶支座(1)侧壁连接，定位柱(7)内设有降温机构(13)，以对环形油囊(8)进行降温。
5.根据权利要求4所述的基于全向阵列式压电陶瓷的桥梁俘能感知装置，其特征在于，所述降温机构(13)包括：散热翅片(14)，所述定位柱(7)侧壁装有多个散热翅片(14)，定位柱(7)内开有环形导热腔(15)，环形导热腔(15)内充有氮气，环形导热腔(15)设置在定位柱(7)侧壁与环形...
【专利技术属性】
技术研发人员：王兵见，高小妮，左新黛，郝朝伟，陈可，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：
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