混凝土电池供能的无线传感器节点制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种混凝土电池供能的无线传感器节点。采用腐蚀敏感材料与阴极材料构建混凝土电池的阳极与阴极，同时采用多尺度碳基导电材料增强电池的阳极与阴极的导电性。进而，采用混凝土电池为无线自集能节点供电，混凝土电池产生的电能通过超低功率升压电路存储在超级电容器中，超级电容器将稳定的能量供给无线传感器工作。本发明专利技术能够实现无线节点的持续供能，相较于传统的太阳能、风能、振动能等，混凝土电池能具有长时稳定的显著优点，不受风场、光线、振幅等影响，从而能够为节点提供优质能源。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术的目的在于提供一种混凝土电池供能的无线传感器节点。采用腐蚀敏感材料与阴极材料构建混凝土电池的阳极与阴极，同时采用多尺度碳基导电材料增强电池的阳极与阴极的导电性。进而，采用混凝土电池为无线自集能节点供电，混凝土电池产生的电能通过超低功率升压电路存储在超级电容器中，超级电容器将稳定的能量供给无线传感器工作。本专利技术能够实现无线节点的持续供能，相较于传统的太阳能、风能、振动能等，混凝土电池能具有长时稳定的显著优点，不受风场、光线、振幅等影响，从而能够为节点提供优质能源。【专利说明】混凝土电池供能的无线传感器节点
本专利技术涉及的是一种混凝土电池供电的无线自集能节点。
技术介绍
过去数十年来，大量基于声、光、电、热与磁等基本物理现象的传感技术被广泛应用于土木工程结构。结构监测与控制能够为结构的安全评定、维修加固与基于性能的设计等提供关键科学依据。随着物联网技术的快速发展，“智慧社区”、“智慧城市”乃至“智慧地球”的理念已逐渐提上日程。显然，多领域的交叉、快速发展，势必为人类安全、舒适、美好的明天奠定坚实基础。在线监测与实时控制，是土木工程机构健康监测与控制的前沿研究领域。显然，无线传感器及其网络在诸多方面的巨大优势决定其在监控一体化系统中正起到关键支撑平台的作用。通常，无线传感器与网络的能量供给来源于电池、电网等传统方式。事实上，在现阶段广泛应用于土木工程领域的无线传感器及其网络绝大多数都采用上述能源供给方式。这就造成了无线传感器及其网络“信号传输无线，能源供给有线”的尴尬局面，使得无线传感器与网络的本应具备的巨大优势大打折扣。这主要是土木工程领域与航天、军事领域需求的重要区别所致，土木工程结构的设计服役年限可从几十年至上百年，这就要求无线监控系统的有效服役年限不能低于结构的服役年限，显然目前无线节点与网络的能源供给只能频繁更换电池或接入电网。显然，能量广泛存在于地球上的人与物内。就结构监控系统而言，如果无线传感器节点能从其所监控的结构本身提取能量用于供给自身，那么将大大提升其服役寿命和服役性能。事实上，近些年基于诸如振动能、流动能等无线自集能传感器节点已被构建。就钢混结构而言，地球气候变迁、局部服役环境的影响等都能引起结构的腐蚀。为了控制腐蚀的发展，通常采用牺牲阳极的阴极保护系统(SACP)被动控制腐蚀进程，这一过程本质上是电荷在钢混结构内的投放。鉴于此，采用与钢混结构具有天然相容性的混凝土制备电池，供给无线传感器节点与网络工作，具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种混凝土电池供电的无线自集能节点。本专利技术采用如下技术实现:一种混凝土电池供能的无线传感器节点，包括混凝土电池、超低功率升压器、超级电容器和无线传感器节点，所述的混凝土电池包括混凝土阳极材料、混凝土隔断层、混凝土阴极材料，混凝土隔断层位于混凝土阳极材料和混凝土阴极材料之间，混凝土阳极材料里面均匀含有Mg、Zn或A1粉末，混凝土阴极材料里面均匀含有Μη02，混凝土电池连接超低功率升压器，超低功率升压器连接超级电容器，超级电容器连接无线传感器节点。本专利技术还具有如下特征:1.如上所述的一种混凝土电池供能的无线传感器节点，所述的混凝土电池的制备出方法如下:步骤1:将水泥、减水剂用砂浆搅拌机干拌10分钟；步骤2:将碳纤维、碳纳米管及碳黑加入到干拌好的水泥基料中再次干拌10分钟；步骤3:采用步骤1制备的基料，对应阴极与阳极功能，分别加入胞02和Mg、Zn或A1粉末，再次干拌10分钟；步骤4:向搅拌均勻的阴、阳极干混合料中加入减水剂,搅拌机先低速:30r / min搅拌5分钟，然后高速搅拌:120r / min搅拌10分钟；步骤5:将搅拌好的阳极、阴极与隔断层材料，按阳极、隔断层、阴极的顺序依次注入到模具中；浇筑之前，需将石墨端子先行插入到端盖预留的孔中，为了避免连续浇筑引起不同层之间的变形，每浇筑完成一层，须间隔1小时再次浇筑下一层，待三层都浇筑完成后，拧紧模具的封盖，静置3天后进行拆模。2.如上所述的一种混凝土电池供能的无线传感器节点，所述的混凝土阳极材料和混凝土阴极材料里面还含有碳纤维、碳纳米管和碳黑的多尺度碳基导电复合材料。3.如上所述的一种混凝土电池供能的无线传感器节点，所述的混凝土阳极和阴极材料采用石墨柱或其它惰性高导电材料作为阴、阳极的连接端子。4.如上所述的一种混凝土电池供能的无线传感器节点，所述的混凝土阳极材料或采用腐蚀敏感性材料作为阳极材料。5.如上所述的一种混凝土电池供能的无线传感器节点，所述的混凝土电池集成在无线传感器节点上或布设在钢混结构内。6.如上所述的一种混凝土电池供能的无线传感器节点，所述的超低功率升压器为Bq25504升压电路。7.如上所述的一种混凝土电池供能的无线传感器节点，所述的无线传感器节点为Telosb 节点。本专利技术的基本原理是:腐蚀敏感材料制备的阳极能够在钢混体系提供的孔隙液介质环境中发生系列电化学反应，电化学反应过程中阳极产生的电子会转移至阴极区，阴极区的电化学功能材料在得到电子的情况下发生还原反应。上述系列反应过程中，电极的阴阳极之间产生压差，从而能够为外接负载提供能源。本专利技术的有益效果:能够在侵蚀环境下为结构监测与控制用长期服役的无线节点提供能源。随着大规模基础结构长期服役甚至超期服役，基础结构的健康监测与控制系统势必要广为布设于结构上，从而为结构的安全评定、维修加固、基于性能的设计等提供关键科学依据。显然，在智慧地球思想的主导下，以及物联网的快速发展，基于无线平台的结构监测与控制系统具有巨大的优势。就结构耐久性的监测与控制而言，作为引起耐久性劣化最主要的原因-腐蚀，已成为国际上最为密切关注与最为迫切需要解决的重大课题。从而，采用牺牲阳极阴极保护思想发展而来的混凝土电池，能够实现无线节点的持续供能，从而最终突破无线节点能源供给的瓶颈问题，实现无线传感器与网络的能源供给无线、信号采集与传输无线的最终目的。相较于传统的太阳能、风能、振动能等，混凝土电池能具有长时稳定的显著优点，不受风场、光线、振幅等影响，从而能够为节点提供优质能源。【专利附图】【附图说明】图1混凝土电池的几何构型图图2混凝土电池的电压与电流图图3混凝土电池供能的无线节点图图4无线节点的温度监测结果图其中，1、混凝土电池，2、超低功率升压器Bq25504，3、超级电容器，4、无线节点Telosbo具体实施例下面结合附图举例对本专利技术做更详细的描述:实施例1一种混凝土电池供能的无线传感器节点，包括混凝土电池、超低功率升压器、超级电容器和无线传感器节点，所述的混凝土电池包括混凝土阳极材料、混凝土隔断层、混凝土阴极材料，混凝土隔断层位于混凝土阳极材料和混凝土阴极材料之间，混凝土阳极材料里面均匀含有Mg、Zn或A1粉末，混凝土阴极材料里面均匀含有Μη02，混凝土电池1连接超低功率升压器Bq255042，超低功率升压器Bq255042连接超级电容器3，超级电容器3连接无线传感器节点Telosb4。实施例2混凝土电池包括混凝土阳极材料、混凝土隔断层、混凝土阴极材料；制备方法如下:步骤1:将水泥、减水剂用砂浆搅拌机干拌10分钟；步骤2:将碳纤维、碳纳米管及碳黑加入到干拌好的水泥基料中再次干拌10分钟；步骤3:采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混凝土电池供能的无线传感器节点，包括混凝土电池、超低功率升压器、超级电容器和无线传感器节点，其特征在于：所述的混凝土电池包括混凝土阳极材料、混凝土隔断层、混凝土阴极材料，混凝土隔断层位于混凝土阳极材料和混凝土阴极材料之间，混凝土阳极材料里面均匀含有Mg、Zn或Al粉末，混凝土阴极材料里面均匀含有MnO2，混凝土电池连接超低功率升压器，超低功率升压器连接超级电容器，超级电容器连接无线传感器节点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乔国富，孙国栋，李惠，欧进萍，关新春，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：