CN111834968A - 基于内共振原理的宽频俘能防振锤装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于内共振原理的宽频俘能防振锤装置，包括：分布在线夹两侧通过线夹接头相连的两个防振锤装置，该防振锤装置包括：带有压电片的压电梁、第一锤头、第二锤头和辅梁，其中：辅梁穿过第一锤头并插入第二锤头，压电梁的一端插入第二锤头且与辅梁垂直；本发明结构简单，在抑制输电线路振动的同时也能采集能量为其他设备供能；易于绝缘密封，有利于电能的后续存储和使用；防振锤在微风振动激励的作用下产生1:2内共振效应，从而可以在较大的频带范围内实现能量采集与输电导线的微风振动抑制。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种能量采集领域的技术，具体是一种基于内共振原理的宽频俘能防振锤装置。
背景技术
微风振动是输电线路最常见的振动方式。在1～10m/s风速下，高压输电线的振动频率通常为5～50Hz。长时间的微风振动会导致输电导线断骨、绝缘子断裂、倒塔等。目前输电线路中微气象在线监测装置主要通过锂电池供电或太阳能供电。但锂电池使用寿命短需要定期更换，而太阳能电池供电受天气影响较大。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于内共振原理的宽频俘能防振锤装置，采集到的能量能为输电线路上的微气象在线监测装置进行实时供电。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于内共振原理的宽频俘能防振锤装置，包括：分布在线夹两侧通过线夹接头相连的两个防振锤装置。
所述的防振锤装置包括：带有压电片的压电梁、第一锤头、第二锤头和辅梁，其中：辅梁穿过第一锤头并插入第二锤头，压电梁的一端插入第二锤头且与辅梁垂直，防振锤装置随输电导线进行竖向简谐振动，通过压电梁发生平面内的弯曲以产生电流。
所述的防振锤装置具有两个自由度且防振锤装置的固有频率中前两阶频率的比值为1:2。
所述的压电片粘贴在压电梁的近线夹接头处。
所述的压电梁包括：铝梁结构以及设置于其上表面的压电纤维。
技术效果
本发明整体解决了现有技术无法在输电线路中同时抑制输电导线微风振动并为在线监测传感器装置实时供电的智能防振锤的技术问题。
与现有的防振锤结构通常在导线的振动频率等于结构自身自振频率时才能有效抑制导线的微风振动相比，本发明通过防振锤结构装置自身的非线性内共振特性实现了在更宽振动频率范围对输电导线微风振动的抑制。另外，本发明在抑制导线微风振动的同时还可以将导线的微风振动能通过压电纤维的压电效应转化为电能，为在线监测传感器装置提供电能。
本发明结构简单，在抑制输电线路振动的同时也能采集能量为其他设备供能；易于绝缘密封，有利于电能的后续存储和使用；防振锤在微风振动激励的作用下产生1:2内共振效应，从而可以在较大的频带范围内实现能量采集与输电导线的微风振动抑制。
附图说明
图1为本实施例应用的场景示意图；
图2为本实施例的结构示意图；
图3为锤头的示意图；
图4为线夹接头的示意图；
图中：防振锤装置1、输电导线2、输电塔3、辅梁4、第一锤头5、压电梁6、压电片7、线夹接头8、线夹9、螺栓孔10、第二锤头11。
具体实施方式
如图1所示，本实施例设置于输电塔3之间的输电导线2上，如图2至图4所示，具体包括：分布在线夹9两侧通过线夹接头8相连的两个防振锤装置1，该防振锤装置包括：带有压电片7的压电梁6、第一锤头5、第二锤头11和辅梁4，其中：辅梁4穿过第一锤头5并插入第二锤头11，压电梁6的一端插入第二锤头11且与辅梁4垂直。
所述的防振锤装置具有两个自由度且第一锤头5活动设置于辅梁4上以使防振锤装置的固有频率中前两阶频率的比值为1:2。
所述的压电梁6包括：铝梁结构以及设置于其上表面的压电纤维7。
所述的压电纤维的外侧涂有三防漆以起到防水作用。
所述的第一锤头5和第二锤头11与辅梁4和压电梁6采用螺栓连接。
所述的螺栓与椭圆形的螺栓孔10配合以便于调节。
所述的防振锤装置1的外部设有隔水密封罩。
所述的线夹9的抗弯刚度大于压电梁6抗弯刚度20倍。
所述的线夹接头8的材质和尺寸设计需满足当左右防振锤装置振动时线夹接头8不会产生变形，以满足固定端的要求。
当稳定来流风吹向输电导线2时，输电导线2将在垂直于风速方向发生简谐运动，输电导线2的简谐运动将带动防振锤装置1发生竖向的简谐运动。输电导线2的振动通过线夹9带动防振锤装置1做竖向简谐振动，进而导致压电梁6发生平面内的弯曲，粘贴在压电梁6上的压电纤维7也同时发生弯曲，压电纤维的弯曲使得压电纤维的上下表面产生电荷，电荷通过外接导线形成电流，产生的电流最后为传感器供电。压电纤维7的粘贴位置应尽量靠近线夹接头8以获得更大的弯曲变形、产生更大的电流。
与现有技术相比本发明的优势在于：整个装置1工作时采集能量、采集的能量可直接为安装在输电铁塔上风速传感器、微气象在线装置、姿态传感器供能，各传感器的实测数据可通过Internet传输到数据处理中心供地面工作人员分析。
经过基底振动实验模拟了在1-4m/s的风速范围内，本发明设计的防振锤结构能够在0-30Hz的导线振动频率范围内抑制导线的微风振动，且同时能最大采集到13毫瓦的电能。
综上所述，本装置的锤头结构形式简单，易于加工制造。另外，本装置通过多梁结构的设计，使得防震锤结构的前两阶自振频率之比能容易调节到1:2，且通过引入压电纤维后该装置与现有装置相比，不仅能抑制导线的振动，还能采集导线的振动能，为传感器装置供电，拓宽了防振锤抑制导线微风振动的工作带宽，同时采集了导线的振动能量供传感器使用。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (6)
1.一种基于内共振原理的宽频俘能防振锤装置，其特征在于，包括：分布在线夹两侧通过线夹接头相连的两个防振锤装置，该防振锤装置包括：带有压电片的压电梁、第一锤头、第二锤头和辅梁，其中：辅梁穿过第一锤头并插入第二锤头，压电梁的一端插入第二锤头且与辅梁垂直；
所述的防振锤装置随输电导线进行竖向简谐振动，通过压电梁发生平面内的弯曲以产生电流。
2.根据权利要求1所述的基于内共振原理的宽频俘能防振锤装置，其特征是，所述的防振锤装置具有两个自由度且防振锤装置的固有频率中前两阶频率的比值为1:2。
3.根据权利要求1所述的基于内共振原理的宽频俘能防振锤装置，其特征是，所述的压电片粘贴在压电梁的近线夹接头处。
4.根据权利要求2所述的基于内共振原理的宽频俘能防振锤装置，其特征是，所述的压电纤维的外侧涂有三防漆。
5.根据权利要求1所述的基于内共振原理的宽频俘能防振锤装置，其特征是，所述的压电梁包括：铝梁结构以及设置于其上表面的压电纤维。
6.根据权利要求1～5所述的基于内共振原理的宽频俘能防振锤装置，其特征是，所述的防振锤装置外设有隔水密封罩。
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