CN102497133B - 永磁体的电磁振动发电装置及其在振动检测系统中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明永磁体的电磁振动发电装置及其在振动检测系统中的应用，涉及从机械振动回收能量得以能源利用的装置，该永磁体的电磁振动发电装置，由两个外圆筒端盖、圆柱形空心轴、内侧线圈、圆柱型内圆筒、两个固定环形永磁体、运动环形永磁体、圆柱型外圆筒和外侧线圈构成，克服了现有振动发电装置只能收集竖直方向的振动能量，由振动能量到电能的能量转化效率比较低的诸多缺点；该永磁体的电磁振动发电装置用作唯一电源应用于振动检测系统，使振动检测系统成为自供电式振动检测系统，加上倍压电路、无线发射模块、无线接收模块、单片机模块和个人计算机组成部分，克服了传统振动检测装置外加电源和引线的不便，工作人员不必到现场就可掌握振动的情况。

Description

永磁体的电磁振动发电装置及其在振动检测系统中的应用

技术领域

本发明的技术方案涉及从机械振动回收能量得以能源利用的装置，具体地说是永磁体的电磁振动发电装置及其在振动检测系统中的应用。

背景技术

现今小功率的电源引被广泛地应用于桥梁状态检测、环境监控、医疗保健与汽车制造等领域。电池作为小功率的电源的致命缺点是成本高、寿命有限并且废弃电池处理不当会对环境造成严重污染；用于替代电池的太阳能发电和风能发电作为小功率的电源的缺点是其获取受到环境因素和地理条件的限制，不可能得以广泛应用；振动发电装置具有使用寿命长、实用性强、功率密度高以及易于集成的优势，为此采用振动发电装置来取代传统的电池作为小功率的电源越来越受到人们关注。

根据能量转换机理的不同，振动发电装置可以分成压电式、电磁式和静电式3类。压电式振动发电装置广泛应用于100Hz和1000Hz的频率下，其制造工艺比较复杂，和CMOS技术不兼容。静电式振动发电装置则需要外加电源进行初始充电，限制了其应用范围。相比较而言，当应用于低频振动中作为无线传感器的功率电源使用时，电磁振动发电装置具有低成本高性能的特点，目前已经提出了一些不同结构的电磁发电机。

C.R.Saha，T.O’Donnell，N.Wang，P.McCloskey在《Electromagnetic generatorfor harvesting energy from human motion》中提出了一种电磁发电装置，它使用一个固定环形永磁体组成的磁弹簧，从人体运动中能够产生的输出功率为134μW，输出电压为2.1mV，但是只能收集竖直方向的振动，由振动能量到电能的能量转化效率比较低。

CN1420269公开了振动发电装置，包括受力变形的弹性体，绕支点摆动的杠杆，位于磁场中垂直于地面并呈内、外圈布置的两组线圈，该两组线圈彼此相隔分别具有开口，开口处于垂线位置，其对应端与机座固定，线圈设有铰接活动点，杠杆的一端与弹性体固定，另一端水平装置有两个相互绝缘的导电片，导电片处于两组线圈之间的开口处，随杠杆摆动交替着与两组线圈的开口接触，对线圈施力并闭合线圈。该装置的缺点是：①装置中存在多个杆与杆的连接，对装置材料的机械性能要求较高。②该装置中“在弹性体受力振动时，随着杠杆上、下摆动，利用导电片交替地将两组线圈闭合，可源源不断获得电能。”在此运动过程中，线圈4和线圈5组成的平行四边形发生形变，当该振动发电装置用于高频振动时，线圈的使用寿命降低。

CN201323522披露了振动发电机，包括上支架和下支架、摆杆、连接上支架和下支架的摆杆支架、弹簧以及设置在两侧且与上支架和下支架连接的绕组骨架；所述的摆杆支架上设有用于为摆杆导向以及用于弹簧定位的导向杆，所述的摆杆套装在该导向杆上，弹簧为上下各一个，均套装在该导向杆上；所述的摆杆可以沿导向杆上下运动；所述的摆杆两端各设有2个磁铁；所述的绕组骨架为中空结构，外周缠绕有绕组，当摆杆上下运动时，摆杆两端的磁铁在绕组骨架中间的空腔中上下运动，使绕组切割磁力线。该振动发电机的缺点是：①比较而言，该振动发电装置体积较大，机构及其制造工艺比较复杂。②该振动发电装置使用金属或非磁性材料制造的机械弹簧，相比磁弹簧，机械弹簧存在摩擦系数大、容易生热、有噪音、性能稳定性较差、寿命较短的缺点。

机械振动是设备运行的基本特征，反映了设备的运行状态。通过采用振动检测系统对设备运行的变化进行实时监测可以准确地判断设备的运行状态，提前发现设备的故障隐患，对于工业设备的早期故障诊断具有重要意义。

现有的振动检测系统存在两大不足之处。一是振动传感器都是采用有源设备，即需要用电池或外部整流电源供电。采用电池则受到电池使用寿命的限制，不及时更换电池会影响振动检测系统的正常工作。采用外部整流电源则电源线受铺设的限制，电源线在工厂设备之间铺设会十分不便。二是数据传输不便，采用数据线传输由振动传感器采集的数据至数据中心，有线传输受环境限制；采用便携式传输数据装置则不能做到及时收集和处理振动信息数据。上述振动检测系统存在的两大不足之处使得振动检测技术至今不能普遍应用于生产和生活之中，设备的故障隐患不能及时的受到监控，给社会造成经济损失和资源浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供永磁体的电磁振动发电装置及其在振动检测系统中的应用，该永磁体的电磁振动发电装置由两个分别设置在两端的固定环形永磁体和一个运动环形永磁体三个轴向充磁的环形永磁体构成永磁弹簧，并在运动环形永磁体内外分别设置线圈，由此将多个方向收集的机械振动能量转换为电能，克服了现有的振动发电装置只能收集竖直方向的振动能量，由振动能量到电能的能量转化效率比较低，对装置材料的机械性能要求较高，结构及其制造工艺比较复杂和性能稳定性较差和寿命较短的缺点；将该永磁体的电磁振动发电装置应用于振动检测系统，无需外接电源和引线，并实现了远程监测，克服了传统振动检测装置外加电源和引线不便的缺点，并且工作人员不必到现场就可掌握设备或装置振动的情况。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：永磁体的电磁振动发电装置，由两个外圆筒端盖、圆柱形空心轴、内侧线圈、圆柱型内圆筒、两个固定环形永磁体、运动环形永磁体、圆柱型外圆筒和外侧线圈构成；其中圆柱形空心轴、圆柱型内圆筒和圆柱型外圆筒的长度相等，外圆筒端盖和圆柱型外圆筒的圆形的直径相等；固定环形永磁体被固定安置在外圆筒端盖的内侧，运动环形永磁体悬浮在圆柱型外圆筒和圆柱型内圆筒之间的空间，内侧线圈缠绕在穿过固定环形永磁体中心圆孔的圆柱形空心轴上，外侧线圈缠绕在圆柱型外圆筒上，圆柱型内圆筒位于圆柱型外圆筒和内侧线圈之间的空间里，圆柱型内圆筒、圆柱型外圆筒和两个外圆筒端盖的连接部分均设有螺纹，通过螺纹将圆柱型内圆筒、圆柱型外圆筒和两个外圆筒端盖固定连接，并由此使所有部件组成一个整体的振动发电装置。

上述永磁体的电磁振动发电装置，固定环形永磁体的厚度为1mm，内径为10mm，外径为24mm；运动环形永磁体的厚度为10mm，内径为10mm，外径为24mm；所用永磁体材质均为铷铁硼永磁体，材料的剩磁为1.276T。

上述永磁体的电磁振动发电装置，所述外侧线圈采用三根独立铜质绕线同时缠绕的方式，三根独立铜质绕线的匝数相同，分别为600匝；当需要提供5.1V的电压等级时，上述三根独立铜质绕线产生的感应电压作为三个独立电压源供电，当需要提供15.3V的电压等级时，将上述三根独立铜质绕线串联起来作为一个电压源供电；该外侧线圈的内径为30mm，外径为32mm。

上述永磁体的电磁振动发电装置，所述内侧线圈采用单股铜线缠绕的方式，铜线紧密地缠绕于中心轴上，其内径为7mm，外径为8mm，匝数为600匝。

上述永磁体的电磁振动发电装置，圆柱型外圆筒、圆柱型内圆筒和圆柱形空心轴的长度均为70mm，圆柱型外圆筒的直径为30mm，圆柱型内圆筒的直径为9mm，圆柱形空心轴的直径为7mm。

上述永磁体的电磁振动发电装置，所述运动环形永磁体是受到两端的固定环形永磁体的斥力作用而悬浮的。

上述永磁体的电磁振动发电装置，所述圆柱型外圆筒两端的固定环形永磁体和运动环形永磁体三个轴向充磁的环形永磁体构成永磁弹簧。

上述永磁体的电磁振动发电装置，所述圆柱型外圆筒两端的固定环形永磁体和运动环形永磁体三个轴向充磁的环形永磁体构成永磁弹簧的固有频率为23.4Hz。

上述永磁体的电磁振动发电装置，所述圆柱型外圆筒和圆柱型内圆筒均为玻璃纤维管。

上述永磁体的电磁振动发电装置在振动检测系统中应用，永磁体的电磁振动发电装置用作唯一的电源，使振动检测系统成为自供电式振动检测系统，该振动检测系统由永磁体的振动发电装置、倍压电路、无线发射模块、无线接收模块、单片机模块和个人计算机六部分组成；永磁体的电磁振动发电装置将振动机械能转化为电能，输出包含有振动信息的电压，该电压经过一个倍压电路后给无线发射模块供电，无线发射模块通过发射天线发送采集到的含有振动信息的信号，由无线接收模块通过接收天线接收无线发射模块发送来的信号，无线接收模块与单片机相连接，把接收到信号输送至单片机的输入端，单片机的输出端连接到个人计算机，单片机将存储的由无线接收模块接收到的振动信息传输给个人计算机，最后由个人计算机处理振动数据并实时显示出振动状态；该振动检测系统中的永磁体的振动发电装置、倍压电路和无线发射模块安装在需要监测振动状况的设备或装置上，无线接收模块、单片机和个人计算机放置在监控室内，实现远距离实时监控。

本发明的有益效果是：与电磁振动发电装置的现有技术相比，本发明永磁体的电磁振动发电装置突出的实质性特点是：由两端固定环形永磁体和运动环形永磁体三个轴向充磁的环形永磁体构成了永磁弹簧。两端固定环形永磁体被固定，并且相对的磁体两面具有相同的极性，中间的运动环形永磁体受斥力作用悬浮位于两端固定环形永磁体之间。在没有外力影响的情况下，运动环形永磁体受两端固定环形永磁体的斥力作用，静止悬浮于玻璃纤维管中间。当系统产生振动时，运动环形永磁体则在玻璃纤维管内做往复运动。当其靠近某一端的固定环形永磁体时，所受斥力增大，运动环形永磁体的运动速度减小，最终在斥力作用下改变运动方向，向玻璃纤维管的另一方向运动，这样，运动环形永磁体在惯性和两端固定环形永磁体的斥力作用下往复运动。运动环形永磁体与在其内外侧的线圈存在相对运动，根据电磁感应原理，线圈绕组将产生感应电动势，如果线圈绕组构成闭合回路就产生了电流。

与电磁振动发电装置的现有技术相比，本发明永磁体的电磁振动发电装置显著的进步是：

(1)由两端的固定环形永磁体和运动环形永磁体三个轴向充磁的环形永磁体构成的永磁弹簧，其工作特性接近于实际的弹簧，而抗疲劳强度远高于机械弹簧。相比机械弹簧，永磁弹簧具有弹性大、无摩擦、不生热、无噪音、性能稳定和寿命长的优点。

(2)使用永磁体构成的永磁弹簧代替机械弹簧，使运动永磁体在运动过程中避免产生机械拉伸及碰撞。

(3)装置竖直放置时，运动永磁体在外界扰动和两端固定永磁体的斥力作用下沿中心轴线上下运动，可以收集竖直方向的振动能量；装置水平放置时，运动永磁体受外界扰动的激励并在两端固定永磁体斥力作用下沿中心轴线水平运动，则可以收集水平方向的振动能量。这样，本发明装置可以广泛应用于水平和竖直方向振动的振动检测系统中。

(4)运动环形永磁体的内侧有紧密地缠绕一定匝数的内侧线圈，外侧有紧密地缠绕一定匝数的外侧线圈，这样充分利用了设备的空间，缩小了本发明装置的体积。

(5)外侧线圈采用三根独立铜质绕线同时缠绕的方式，当需要提供5.1V的电压等级时，上述三根独立铜质绕线产生的感应电压作为三个独立电压源供电，当需要提供15.3V的电压等级时，将上述三根独立铜质绕线串联起来作为一个电压源供电。这样充分将磁场能量转化为电能，提高了转化效率。

与振动检测系统的现有技术相比，本发明永磁体的电磁振动发电装置在振动检测系统中的应用的优点是：利用永磁体的电磁振动发电装置将振动检测系统本身振动产生的振动能量转化为电能，经过一个倍压电路给无线发射模块供电，无需外接电源，且安装简易方便。永磁体的电磁振动发电装置输出电压的幅值和频率反映机械振动的幅值和频率。因此，永磁体的电磁振动发电装置的输出电压包含有振动信息，再应用无线传输模块传递振动信息，克服了系统外接引线不便的缺点。振动幅值和频率是随着时间而变化的，当振动变化时，显示的当前测量值也相应的变化。计算机上每隔1s显示信号接收次数，并将监测的数据记录在文档中，实时监测机械设备的运行状况，工作人员不必到现场就可掌握设备的振动情况。由于本发明永磁体的电磁振动发电装置在振动检测系统中的应用具有了上述的计算和通讯功能，通过远程方式查看、诊断并修改信息，可以基于实际设备性能数据对被监测的设施实现进行近乎实时的检测和预测性分析，这样在灾难性故障出现前就尽早发现潜在的设备问题，以便进行及时维修，没有停机时间并降低维修成本。在炼油厂和桥梁监测场合应用该振动检测装置，能更准确的判断设备是否低效或是否将要出故障，可以在改进设备可靠性的同时节约30％的不定期维修成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明永磁体的电磁振动发电装置的结构纵向剖面示意图。

图2是本发明永磁体的电磁振动发电装置中的外侧线圈绕制方法示意图。

图3是本发明永磁体的电磁振动发电装置在振动检测系统中的应用的示意框图。

图4是振动检测系统中所用的倍压电路的充电原理示意图。

图5是振动检测系统中所用的单片机模块组成框图。

图中，1.外圆筒端盖，2.圆柱形空心轴，3.内侧线圈，4.圆柱型内圆筒，5.固定环形永磁体，6.运动环形永磁体，7.圆柱型外圆筒，8.外侧线圈，9.肖特基二极管，10.超级电容，11.永磁体的振动发电装置，12.超级电容，13.肖特基二极管，14.肖特基二极管，15.电阻，16.无线发射模块。

具体实施方式

图1所示实施例表明，本发明永磁体的电磁振动发电装置由两个外圆筒端盖1、圆柱形空心轴2、内侧线圈3、圆柱型内圆筒4、两个固定环形永磁体5、运动环形永磁体6、圆柱型外圆筒7和外侧线圈8构成；其中圆柱形空心轴2、圆柱型内圆筒4和圆柱型外圆筒7的长度相等，外圆筒端盖1和圆柱型外圆筒7的圆形的直径相等；固定环形永磁体5被固定安置在外圆筒端盖1的内侧，运动环形永磁体6悬浮在圆柱型外圆筒7和圆柱型内圆筒4之间的空间，内侧线圈3缠绕在穿过固定环形永磁体5中心圆孔的圆柱形空心轴2上，外侧线圈8缠绕在圆柱型外圆筒7上，圆柱型内圆筒4位于圆柱型外圆筒7和内侧线圈3之间的空间里，圆柱型内圆筒4、圆柱型外圆筒7和两个外圆筒端盖1的连接部分均设有螺纹，通过螺纹将圆柱型内圆筒4、圆柱型外圆7筒和两个外圆筒端盖1固定连接，并由此使所有部件组成一个整体的振动发电装置。

图2所示实施例表明，本发明永磁体的电磁振动发电装置中的外侧线圈8的绕制方法是，采用三根独立铜质绕线A、B和C同时缠绕的方式，三根独立铜质绕线A、B和C的匝数相同，分别为600匝；当需要提供5.1V的电压等级时，上述三根独立铜质绕线A、B和C产生的感应电压作为三个独立电压源供电，当需要提供15.3V的电压等级时，将上述三根独立铜质绕线A、B和C串联起来作为一个电压源供电，即连接A+和B+、B-和C-，则A-和C+之间的电压就是串联后的输出电压。

图3所示实施例表明，本发明永磁体的电磁振动发电装置永磁体的电磁振动发电装置用作唯一的电源输出电压经过一个倍压电路后给无线发射模块供电，无线发射模块通过发射天线发送采集到的含有振动信息的信号，由无线接收模块通过接收天线接收无线发射模块发送来的信号，无线接收模块与单片机相连接，把接收到信号输送至单片机的输入端，单片机的输出端连接到个人计算机，单片机将存储的由无线接收模块接收到的振动信息传输到了个人计算机，最后由个人计算机处理振动数据并实时显示出振动状态。该振动检测系统由永磁体的振动发电装置、倍压电路、无线发射模块、无线接收模块、单片机模块和个人计算机六部分组成，永磁体的振动发电装置的采用使振动检测系统成为自供电式振动检测系统。

图4所示实施例表明，本发明的振动检测系统中所用的倍压电路的充电原理，设定无线发射模块工作电压为2.5～12V，

I.当超级电容10和超级电容12的电压不足时，无线发射模块不工作，电路处于充电状态。永磁体的振动发电装置11的输出电压近似为正弦波。在正半周时，肖特基二极管9导通，肖特基二极管13截止，超级电容10充电；在负半周时，肖特基二极管9截止，肖特基二极管13导通，超级电容12充电，由于超级电容10与超级电容12串联，故输出电压为超级电容10与超级电容12上的电压之和，此时肖特基二极管13所受的最大逆向电压为2Vm，Vm为一个超级电容输出的最大电压。在负半周时，肖特基二极管9所承受的最大逆向电压为-2Vm，所以电路中应选择最高反向工作电压大于2Vm的二极管。

II.当超级电容10和超级电容12上的电压大于2V，无线发射模块正常工作。

在正半周时，肖特基二极管9和肖特基二极管14导通，肖特基二极管13截止，电源-永磁体的振动发电装置11对超级电容10充电；电源11、肖特基二极管14、电阻15和无线发射模块16的引脚T之间形成回路，且当引脚T达到触发电压时，无线发射模块16发射信号；超级电容10和超级电容12为无线发射模块16提供工作电压。

在负半周时，①当超级电容12和电源-永磁体的振动发电装置11上的电压之和大于肖特基二极管14的导通电压，能达到无线发射模块16的引脚T所需触发电压时，无线发射模块16发射信号，反之不能发射信号；②超级电容12和电源-永磁体的振动发电装置11上的电压之和小于肖特基二极管14的导通电压或当其小于零时，肖特基二极管9和肖特基二极管14截止，肖特基二极管13导通，电源-永磁体的振动发电装置11对超级电容12充电，无线发射模块16不发射信号。

无线发射模块16的输入端有三个引脚，其中VCC为无线发射模块16的电源输入端，GND为无线发射模块16的接地端，T为无线发射模块16的触发引脚。

如图5中的虚线框内所示，在本发明的振动检测系统中，所述的单片机模块包含单片机和一个电平转换芯片。图5所示实施例表明，单片机模块存储无线接收模块所接收到的振动信息数据，单片机连接至电平转换芯片，电平转换芯片把单片机输出的TTL电平转换为个人计算机能够识别的RS-232电平，电平转换芯片的输出端连接到计算机串口通信端口，并由此将振动信息数据传输到个人计算机，由个人计算机完成振动信息数据的处理。

实施例1

提供5.1V电压的永磁体的电磁振动发电装置的构成。

所选用的材料和零部件有：厚度为1mm、内径为10mm和外径为24mm的环形永磁体两块用作固定环形永磁体5，厚度为10mm、内径为10mm和外径为24mm的环形永磁体一块用作运动环形永磁体6，所用永磁体材质均为铷铁硼永磁体，材料的剩磁为1.276T。按图2所示实施例，外侧线圈8采用三根独立铜质绕线A、B和C同时缠绕的方式，三根独立铜质绕线A、B和C的匝数相同，分别为600匝，上述三根独立铜质绕线产生的感应电压作为三个独立电压源供电，输出电压为5.1V，该外侧线圈8的内径为30mm，外径为32mm。内侧线圈3采用单股铜线缠绕的方式，铜线紧密地缠绕于中心轴上，其内径为7mm，外径为9mm，匝数为600匝。圆柱型外圆筒7、圆柱型内圆筒4和圆柱形空心轴2的长度均为70mm，圆柱型外圆筒7的直径为30mm，圆柱型内圆筒4的直径为9mm，圆柱形空心轴2的的直径为7mm。圆柱型外圆筒7、圆柱型内圆筒4和圆柱形空心轴3均为玻璃纤维管。外圆筒端盖1为塑料制品。圆柱型内圆筒4、圆柱型外圆筒7和两个外圆筒端盖1的连接部分均设有螺纹。

按照图1所示实施例将上述所有部件组成一个整体的振动发电装置，即制得提供5.1V电压的永磁体的电磁振动发电装置。所设计的圆柱型外圆筒7两端的固定环形永磁体5和运动环形永磁体6三个轴向充磁的环形永磁体构成永磁弹簧的固有频率为23.4Hz。该振动发电装置在振动频率为20Hz，振幅为5mm时，实测外侧线圈8三根独立铜质绕线的输出电压波形近似正弦波，并且具有相同的感应电动势。

实施例2

提供15.3V电压的永磁体的电磁振动发电装置的构成。

除按图2所示实施例，外侧线圈8是将上述三根独立铜质绕线A、B和C串联起来作为一个电压源供电，即连接A+和B+、B-和C-，则A-和C+之间串联后的输出电压为15.3V之外，其他同实施例1，由此制得提供15.3V电压的永磁体的电磁振动发电装置。

实施例3

当振动检测系统需要提供5.1V的电压等级时，由实施例1制得的5.1V电压的永磁体的电磁振动发电装置在振动检测系统中的应用。

如图3所示实施例，在本实施例的振动检测系统中所用的六个组成部分如下：

永磁体的电磁振动发电装置，是实施例1制得的5.1V电压的永磁体的电磁振动发电装置，即图4中的永磁体的振动发电装置11。作为振动检测系统中唯一的电源的永磁体的振动发电装置11在收集各个方向的机械振动能量的同时，将振动机械能转化为电能输出5.1V的电压，使该振动检测系统成为自供电式振动检测系统。

倍压电路为图4所示实施例，其中肖特基二极管9、肖特基二极管13和肖特基二极管14的型号均为IN5817，超级电容10和超级电容12均为5.5V/0.1F的法拉电容，型号是KYB5.5V-104Z，电阻15为2.2KΩ。倍压电路的工作原理如上面图4所示实施例表明中所述。

无线发射模块，是编码芯片PT2262，其工作电压为2.5～12V。

无线接收模块，是解码芯片PT2272。

无线发射模块和无线接收模块结合构成无线传输模块。PT2262/PT2272是一种CMOS工艺制造的接收发射合一的无线传输模块，它的工作频率为国际通用的数传频段315MHz，而且它低功耗低价位，广泛应用于无线遥控电路。PT2262/PT2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚，即悬空、接高电平和接低电平三态。任意组合可提供531441地址码，且PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出。

编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直接收触发信号，编码芯片也会连续发射。当发射机没有接收触发信号时，编码芯片PT2262不接通电源时，其17脚为低电平，315MHz的高频发射电路不工作；当有触发信号时，编码芯片PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号。当17脚为高电平期间，315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间，315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全受控于编码芯片PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控(ASK调制)相当于调制度为100％的调幅。这里的17脚是编码芯片PT2262所固有的，VT脚是解码芯片PT2272所固有的，是公知的。

单片机模块，如图5中的虚线框内所示，包含单片机和一个电平转换芯片。

本实施例中采用的单片机是Atmel公司生产的ATmega16，具有A/D转换功能和百万条指令每秒/兆赫兹的高速处理能力。ATmega16有一个10位的逐次逼近模型/数转换器ADC。ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接，能对来自ATmega16端口A的8路单端输入电压进行采样。单端电压输入以0V(GND)为基准。ADC包括一个采样保持电路，以确保在转换过程中输入到ADC的电压保持恒定。单片机供电采用的是外部+5V电源供电方式。本实施例中采用的电平转换芯片是MAX232芯片，是专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。它符合所有的RS-232C技术标准，片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+12V和-12V电压V+、V-，并且功耗低，典型供电电流5mA，内部集成2个RS-232C驱动器和2个接收器。

单片机模块的作用是一方面存储无线接收模块接收到的振动信息，单片机的外部计数器T1记录1秒内接收方波的个数；另一方面，单片机通过的异步串行通信口USART将振动数据传送到个人计算机。

个人计算机，为具有串口通信端口的普通个人电脑，并通过Visual Basic编写可视化界面，实时显示出振动状态。

在本实施例的振动检测系统中的永磁体的振动发电装置11、倍压电路和无线发射模块16即编码芯片PT2262按照图4所示的连接方法组成一体并安装在需要监测振动状况的设备或装置上；当无线发射模块PT2262发出编码信号时，无线接收模块PT2272接收到信号后会在相应的数据脚也输出高电平。解码芯片PT2272通过引脚与单片机ATmega16相连接，单片机ATmega16通过对应输出引脚连接至电平转换芯片MAX232，电平转换芯片MAX232的输出端连接到个人计算机的计算机串口通信端口。无线接收模块、单片机和个人计算机则放置在监控室内，实现远距离实时监控。

在本实施例的振动检测系统的工作过程是，永磁体的振动发电装置11收集各方向的振动能量，将振动机械能转化为电能输出5.1V的电压，倍压电路中的超级电容10和超级电容12收集永磁体的电磁振动发电装置11发出的电能，利用该能量替代外接电源给无线发射模块16供电，同时从该能量中提取振动信息，用于振动检测系统的状态监测，无线发射模块16发射采集到的含有振动信息的信号，通过发射天线发送，由无线接收模块通过接收天线接收无线发射模块16的发出的信号，并把接收到信号输送至单片机的输入端，由电平转换芯片MAX232把单片机输出的TTL电平信号转换为个人计算机能够识别的RS-232电平信号，并由单片机通过异步串行通信口USART将呈现为RS-232电平信号的信号数据传送到个人计算机，最后由个人计算机对数据进行分析处理，以判断设备是否故障。

在正常情况下，设备机械振动的振幅和频率参数基本是稳定的，振动检测系统接收信号的次数也在相应的范围内浮动；当振动强度达到或超过某一限度时，振动检测系统接收信号次数将超出相应的正常范围，机械设备极有可能产生故障，此时振动检测系统将发出警示信号，达到设备故障预警和检测的目的。

实施例4

当振动检测系统需要提供15.3V的电压等级时，由实施例2制得的15.3V电压的永磁体的电磁振动发电装置在振动检测系统中的应用。

除了将实施例3中所用的由实施例1制得的5.1V电压的永磁体的电磁振动发电装置替换为由实施例2制得的15.3V电压的永磁体的电磁振动发电装置之外，其他同实施例3。

上述实施例中所用的原材料均可通过公知的途径获得，零部件的制作方法、安装方法和检测方法均为本技术领域的技术人员所能掌握实施的。

Claims (3)

1.永磁体的电磁振动发电装置，其特征在于：由两个外圆筒端盖、圆柱形空心轴、内侧线圈、圆柱型内圆筒、两个固定环形永磁体、运动环形永磁体、圆柱型外圆筒和外侧线圈构成；其中圆柱形空心轴、圆柱型内圆筒和圆柱型外圆筒的长度相等，外圆筒端盖和圆柱型外圆筒的圆形的直径相等；固定环形永磁体被固定安置在外圆筒端盖的内侧，运动环形永磁体悬浮在圆柱型外圆筒和圆柱型内圆筒之间的空间，内侧线圈缠绕在穿过固定环形永磁体中心圆孔的圆柱形空心轴上，外侧线圈缠绕在圆柱型外圆筒上，圆柱型内圆筒位于圆柱型外圆筒和内侧线圈之间的空间里，圆柱型内圆筒、圆柱型外圆筒和两个外圆筒端盖的连接部分均设有螺纹，通过螺纹将圆柱型内圆筒、圆柱型外圆筒和两个外圆筒端盖固定连接，并由此使所有部件组成一个整体的振动发电装置，所述固定环形永磁体的厚度为1mm，内径为10mm，外径为24mm；运动环形永磁体的厚度为10mm，内径为10mm，外径为24mm，所用永磁体材质均为铷铁硼永磁体，材料的剩磁为1.276T，所述外侧线圈采用三根独立铜质绕线同时缠绕的方式，三根独立铜质绕线的匝数相同，分别为600匝；当需要提供5.1V的电压等级时，上述三根独立铜质绕线产生的感应电压作为三个独立电压源供电，当需要提供15.3V的电压等级时，将上述三根独立铜质绕线串联起来作为一个电压源供电；该外侧线圈的内径为30mm，外径为32mm，所述内侧线圈采用单股铜线缠绕的方式，铜线紧密地缠绕于圆柱形空心轴上，其内径为7mm，外径为8mm，匝数为600匝，所述圆柱型外圆筒、圆柱型内圆筒和圆柱形空心轴的长度均为70mm，圆柱型外圆筒的直径为30mm，圆柱型内圆筒的直径为9mm，圆柱形空心轴的直径为7mm，所述运动环形永磁体是受到两端的固定环形永磁体的斥力作用而悬浮的。

2.根据权利要求1所述永磁体的电磁振动发电装置，其特征在于：所述圆柱型外圆筒两端的固定环形永磁体和运动环形永磁体三个轴向充磁的环形永磁体构成永磁弹簧的固有频率为23.4Hz。

3.权利要求1所述永磁体的电磁振动发电装置在振动检测系统中的应用，其特征在于：永磁体的电磁振动发电装置用作唯一的电源，使振动检测系统成为自供电式振动检测系统，该振动检测系统由永磁体的振动发电装置、倍压电路、无线发射模块、无线接收模块、单片机模块和个人计算机六部分组成，永磁体的电磁振动发电装置将振动机械能转化为电能，输出包含有振动信息的电压，该电压经过一个倍压电路后给无线发射模块供电，无线发射模块通过发射天线发送采集到的含有振动信息的信号，由无线接收模块通过接收天线接收无线发射模块发送来的信号，无线接收模块与单片机相连接，把接收到信号输送至单片机的输入端，单片机的输出端连接到个人计算机，单片机将存储的由无线接收模块接收到的振动信息传输给个人计算机，最后由个人计算机处理振动数据并实时显示出振动状态；该振动检测系统中的永磁体的振动发电装置、倍压电路和无线发射模块安装在需要监测振动状况的设备或装置上，无线接收模块、单片机和个人计算机放置在监控室内，实现远距离实时监控。