CN107359771B - 一种船载定位跟踪系统用自供电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船载定位跟踪系统用自供电装置，属船舶电子技术领域。上盖装在壳体筒壁端部，上盖及壳体底壁的凸台上都装有线圈；导柱两端固定在上盖和壳体底壁上，导柱自下而上依次套有平衡弹簧、惯性块和限位弹簧，惯性块侧边设有翼板，惯性块上下两端装有发电磁铁，发电磁铁与线圈厚度相同；筒壁凸台上经压环和隔环均布地安装有两组换能器，隔环上均布地设有限位辐板；两组换能器对称地布置在隔环上下两侧，限位辐板位于圆周上两相邻换能器之间且限位辐板宽度大于所述两相邻换能器间的距离；换能器由基板和压电膜粘接而成，基板靠近隔环安装，基板与限位辐板及惯性块的翼板接触但无相互作用力，换能器处于自然的平直状态。

Description

一种船载定位跟踪系统用自供电装置
技术领域
本发明属于船舶电子应用技术领域，具体涉及一种船载定位跟踪系统用自供电装置。
背景技术
船舶定位与跟踪系统在民用船舶上已得到广泛应用，为船舶的航行安全、及时救援、以及失联搜寻等提供了有力的技术保障。然而，现有定位与跟踪系统都是基于发动机供电的，一旦船舶发生事故使发动机及整个电力系统失效时，定位与跟踪系统也就失去了应有的功能。此外，现有的定位与跟踪系统都是外置的，船舶失事进水时无法正常工作、船舶被不法分子劫持后定位系统也容易被关闭或破坏。因此，为确保船舶定位系统安全可靠地工作，需要有独立的自供电电源且需被隐秘、密闭地安装。
发明内容
针对现有船舶监测系统使用及供电方面存在的一些问题，本发明提出一种船载定位跟踪系统用自供电装置。本发明采用的实施方案是：上盖经螺钉安装在壳体的筒壁端部，筒壁上设有筒壁凸台；上盖的凸台及壳体底壁的凸台上都经螺钉安装有线圈；导柱两端分别固定在上盖和壳体底壁上，导柱自下而上依次套有平衡弹簧、惯性块和限位弹簧，平衡弹簧和限位弹簧为碟形弹簧，惯性块侧边设有翼板，惯性块上下两端经螺钉安装有发电磁铁；惯性块上方发电磁铁的上表面与其相邻线圈的下表面位于同一平面上，惯性块下方发电磁铁下表面与其相邻线圈的上表面位于同一平面上，发电磁铁与线圈厚度相同，即发电磁铁与线圈纵向尺寸相同；筒壁凸台上经螺钉、压环及隔环均布地安装有两组换能器，隔环上均布地设有限位辐板；两组换能器对称地布置在隔环上下两侧，限位辐板位于圆周上两相邻换能器之间且限位辐板宽度大于所述两相邻换能器间的距离；换能器由基板和压电膜粘接而成，基板靠近隔环安装，基板与限位辐板及惯性块的翼板接触但无相互作用力，换能器处于自然的平直状态；惯性块受惯性力作用向下运动使平衡弹簧压死或向上运动使限位弹簧压死时，换能器自由端未顶靠在与其相邻的线圈的上表面或下表面；换能器自由端顶靠在与其相邻的线圈的上表面或下表面时，压电膜上的最大应力小于其许用值、换能器自由端变形量小于其许用值。
本发明中，换能器的形状为扇形或矩形，换能器形状为矩形时其自由端许用变形量由下式计算，即：
Figure GDA0004179708650000011
其中：B＝1-α+αβ，A＝α4(1-β)2-4α3(1-β)+6α2(1-β)-4α(1-β)+1，/>
Figure GDA0004179708650000012
α＝hm/H，β＝Em/Ep，hm为基板厚度，H为换能器总厚度，Em和Ep分别为基板和压电膜材料的杨氏模量，k31和/>
Figure GDA0004179708650000013
分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为换能器的长度。
非工作状态下，即惯性块在平衡弹簧及限位弹簧的作用下静止时，隔环上下两侧换能器都处于平直的自然状态；工作时，即船舶颠簸震动时，惯性块及置于惯性块上的发电磁铁在其惯性力的作用下沿导柱上下滑动，惯性块的翼板使换能器弯曲变形量及压电膜上的压应力发生变化：稳态工作状态下，惯性块向上运动时翼板上方换能器的变形量及压电膜上的应力增加、翼板下方换能器的变形量及压电膜上的应力减小；相反，惯性块向下运动时，翼板下方换能器的变形量及压电膜上的应力增加、翼板上方换能器的变形量及压电膜上的应力减小；换能器在其自身弹性力的作用下复位、变形量逐渐减小的过程中，基板从其固定端开始逐渐与限位辐板接触，以防止出现使压电膜承受拉应力的反向变形；上述压电膜上压应力的交替增加与减小过程中即将机械能转换成了电能，此过程为压电发电；在压电发电的同时，由于发电磁铁相对线圈上下运动，线圈切割磁力线并将机械能转换成电能，此过程为电磁发电。换能器及线圈产生的电能经不同的导线组传输给电路板，电路板经螺钉安装在壳体底壁上，电路板上设有能量转换处理单元及定位跟踪与信号发射单元，信号发射单元将轮船位置信息发射出去。
优势与特色：利用惯性块和平衡弹簧实现频率调节，环境适应能力强、有效频带宽，尤其适于超低频、大振幅的随机振动环境；换能器变形量可控且工作中压电膜仅承受压应力，可靠性高。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中自供电装置的结构示意图；
图2图1的A-A剖视图。
具体实施方式
上盖a经螺钉安装在壳体b的筒壁b1端部，筒壁b1上设有筒壁凸台b2；上盖a的凸台a1及壳体底壁b3的凸台b4上都经螺钉安装有线圈c；导柱d两端分别固定在上盖a和壳体底壁b3上，导柱d自下而上依次套有平衡弹簧e、惯性块f和限位弹簧g，平衡弹簧e和限位弹簧g为碟形弹簧，惯性块f的侧边设有翼板f1，惯性块f上下两端经螺钉安装有发电磁铁h；惯性块f上方发电磁铁h的上表面与其相邻线圈c的下表面位于同一平面上，惯性块f下方发电磁铁h的下表面与其相邻线圈c的上表面位于同一平面上，发电磁铁h与线圈c的厚度相同，即发电磁铁h与线圈c的纵向尺寸相同；筒壁凸台b2上经螺钉、压环j及隔环k均布地安装有两组换能器n，隔环k上均布地设有限位辐板k1；两组换能器n对称地布置在隔环k的上下两侧，限位辐板k1位于圆周上两相邻的换能器n之间且限位辐板k1宽度大于所述两相邻换能器n间的距离；换能器n由基板n1和压电膜n2粘接而成，基板n1靠近隔环k安装，基板n1与限位辐板k1及惯性块f的翼板f1接触但无相互作用力，换能器n处于自然的平直状态；惯性块f受惯性力作用向下运动使平衡弹簧e压死或向上运动使限位弹簧g压死时，换能器n的自由端未顶靠在与其相邻的线圈c的上表面或下表面；换能器n自由端顶靠在与其相邻的线圈c的上表面或下表面时，压电膜n2上的最大应力小于其许用值、换能器n自由端的变形量小于其许用值。
本发明中，换能器n的形状为扇形或矩形，换能器n形状为矩形时其自由端的许用变形量由下式计算，即：
Figure GDA0004179708650000031
其中：B＝1-α+αβ，A＝α4(1-β)2-4α3(1-β)+6α2(1-β)-4α(1-β)+1，/>
Figure GDA0004179708650000032
α＝hm/H，β＝Em/Ep，hm为基板n1的厚度，H为换能器n的总厚度，Em和Ep分别为基板n1和压电膜n2材料的杨氏模量，k31和/>
Figure GDA0004179708650000033
分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为换能器n的长度。
非工作状态下，即惯性块f在平衡弹簧e及限位弹簧g的作用下静止时，隔环k上下两侧换能器n都处于平直的自然状态；工作时，即船舶颠簸震动时，惯性块f及置于惯性块f上的发电磁铁h在其惯性力的作用下沿导柱d上下滑动，惯性块f的翼板f1使换能器n的弯曲变形量及压电膜n2上的压应力发生变化：稳态工作状态下，惯性块f向上运动时翼板f1上方换能器n的变形量及压电膜n2上的应力增加、翼板f1下方换能器n的变形量及压电膜n2上的应力减小；相反，惯性块f向下运动时，翼板f1下方换能器n的变形量及压电膜n2上的应力增加、翼板f1上方换能器n的变形量及压电膜n2上的应力减小；换能器n在其自身弹性力的作用下复位、变形量逐渐减小的过程中，基板n1从其固定端开始逐渐与限位辐板k1接触，以防止出现使压电膜n2承受拉应力的反向变形；上述压电膜n2上压应力的交替增加与减小过程中即将机械能转换成了电能，此过程为压电发电；在压电发电的同时，由于发电磁铁h相对线圈c上下运动，线圈c切割磁力线并将机械能转换成电能，此过程为电磁发电。换能器n及线圈c产生的电能经不同的导线组传输给电路板q，电路板q经螺钉安装在壳体底壁b3上，电路板q上设有能量转换处理单元及定位跟踪与信号发射单元，信号发射单元将轮船位置信息发射出去。

Claims (1)

1.一种船载定位跟踪系统用自供电装置，其特征在于：上盖装在壳体的筒壁端部，筒壁上设有筒壁凸台；上盖的凸台及壳体底壁的凸台上都装有线圈；导柱两端分别固定在上盖和壳体底壁上，导柱自下而上依次套有平衡弹簧、惯性块和限位弹簧，平衡弹簧和限位弹簧为碟形弹簧，惯性块侧边设有翼板，惯性块上下两端装有发电磁铁；惯性块上方发电磁铁的上表面与其相邻线圈的下表面位于同一平面上，惯性块下方发电磁铁下表面与其相邻线圈的上表面位于同一平面上，发电磁铁与线圈厚度相同；筒壁凸台上经压环和隔环均布地安装有两组换能器，隔环上均布地设有限位辐板；两组换能器对称地布置在隔环上下两侧，限位辐板位于圆周上两相邻换能器之间且限位辐板宽度大于所述两相邻换能器间的距离；换能器由基板和压电膜粘接而成，基板靠近隔环安装，基板与限位辐板及惯性块的翼板接触但无相互作用力，换能器处于自然的平直状态；惯性块受惯性力作用向下运动使平衡弹簧压死或向上运动使限位弹簧压死时，换能器自由端未顶靠在与其相邻的线圈上表面或下表面；换能器自由端顶靠在与其相邻的线圈上表面或下表面时，压电膜上最大应力小于其许用值、换能器自由端变形量小于其许用值；换能器及线圈产生的电能经不同导线组传输给电路板，电路板装在壳体底壁上，电路板上设有能量转换处理单元及定位跟踪与信号发射单元。
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