CN117318529A - 一种波浪启发的多稳态振动能量收集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及仪器科学与工程领域，且公开了一种波浪启发的多稳态振动能量收集装置，包括：底座；支撑部件，设置在所述底座上；波浪启发发电梁，固定于所述支撑部件上；第一限位部件，设置在所述底座上，用于使所述波浪启发发电梁保持预变形形状；第二限位部件，设置在所述支撑部件上；施力部件，设置在所述波浪启发发电梁上；以及电量收集模块，与所述压电片连接。本发明通过波浪启发梁感应周围环境的振动，使得与波浪启发梁固定的压电贴片产生应变，当波浪启发发电梁发生阱间运动，会伴随着大量能量释放，能高效的收集周围环境的振动能转换为电能。
Description
技术领域
本发明涉及仪器科学与工程技术领域，尤其是涉及一种波浪启发的多稳态振动能量收集装置。
背景技术
无线传感网络技术是一种分布式传感网络，系统的末端是由无数个可感知和监测外部的传感器组成。传感器之间通过无线方式组成网络通信系统，构成可以协作感知、采集和处理网络覆盖区域的环境参数。而监测设备或环境的各类参数，如温度、压力、应力、湿度等需要大量的传感器节点，每个传感器节点均需要提供一定的电能。
目前，传感器节点大多采用化学电池供电，但节点的使用寿命与容量有限的电池之间的矛盾越来越激烈。一方面传感器节点往往尺寸较小无法配置大容量的电池，这就导致节点的使用寿命受到了制约；另一方面，频繁的更换电池也为网络的维护带来了巨大的工作量，间接提升了网络部署的成本。尤其是对于一些部署在艰苦恶劣环境中的监测网络来说，每次维护都需要耗费巨大的人力和财力，甚至由于所处环境位置偏远或难以进行二次维护等原因导致根本无法进行电池的更换或充电操作。
发明内容
为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：一种波浪启发的多稳态振动能量收集装置，包括：底座；支撑部件，设置在所述底座上；波浪启发发电梁，固定于所述支撑部件上；第一限位部件，设置在所述底座上，用于使所述波浪启发发电梁保持预变形形状；第二限位部件，设置在所述支撑部件上；施力部件，设置在所述波浪启发发电梁上；以及电量收集模块，与所述压电片连接。
优选的，所述波浪启发发电梁包括波浪启发梁和压电片，所述压电片固定安装在所述波浪启发梁上。
优选的，所述压电片通过环氧树脂或者聚丙烯中的其中一种与所述波浪启发梁固定，且所述压电片对称分布在所述波浪启发梁的上下表面。
优选的，所述压电片的材料为聚偏二氟乙烯。
优选的，所述施力部件包括横梁和质量块，所述横梁设置在所述波浪启发梁的中间位置，所述质量块设置在所述横梁上。
优选的，所述质量块包括两个，且分别设置在所述横梁的两个端部。
优选的，所述横梁焊接在所述波浪启发梁的中间位置。
优选的，所述支撑部件包括两个矩形支撑板。
优选的，所述第一限位部件包括两个矩形限位板，且两个所述限位板对称设置在两个所述支撑板之间，在所述限位板上开设有孔，用于使所述波浪启发发电梁穿设通过所述限位板。
优选的，所述第二限位部件包括一个矩形限位板，且设置在所述第一限位部件以及所述支撑部件的顶部。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过波浪启发发电梁感应周围环境的振动，通过质量块带动横梁上下运动，波浪启发梁产生应变，使得与波浪启发梁固定的压电片产生应变，从而产生电能。当受到轻微振动时，横梁容易失去平衡，从而可以带动发电梁动，同时当波浪启发发电梁发生阱间运动即在平衡状态1和状态2之间运动，突破了势能壁垒，同时会伴随着大量能量释放，能高效的收集周围环境的振动能从而转换为电能，而且能够在野外无人区或恶劣环境中工作，应用范围广，实用性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例波浪启发的多稳态振动能量收集装置的结构示意图；
图2为本发明实施例两个稳定状态示意图；
图3为本发明实施例发电梁的示意图；
图4为本发明实施例波浪启发的多稳态振动能量收集装置的俯视示意图。
附图标记说明：
1：底座；2：支撑部件；3：第一限位部件；4：第二限位部件；5：横梁；6：质量块；7：波浪启发梁；8：压电片。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图4所示，本发明提供一种波浪启发的多稳态振动能量收集装置，包括：底座1；支撑部件2，设置在底座1上，支撑部件2包括两个矩形支撑板；波浪启发发电梁，固定于支撑部件2上；第一限位部件3，设置在底座1上，用于使波浪启发发电梁保持预变形形状，第一限位部件3包括两个矩形限位板，且两个限位板对称设置在两个支撑板之间，在限位板上开设有孔，用于使波浪启发发电梁穿设通过限位板；第二限位部件4，设置在支撑部件2上，第二限位部件4包括一个矩形限位板，且设置在第一限位部件3以及支撑部件2的顶部；施力部件，设置在波浪启发发电梁上；以及电量收集模块，与压电片连接。
波浪启发发电梁包括波浪启发梁7和压电片8，压电片8固定安装在波浪启发梁7上。波浪启发发电梁是受到波浪运动启发而设计出来的。
压电片8通过环氧树脂或者聚丙烯中的其中一种与波浪启发梁7固定，且压电片8对称分布在波浪启发梁7的上下表面。压电片8的材料为聚偏二氟乙烯。
施力部件包括横梁5和质量块6，横梁5焊接在波浪启发梁7的中间位置，质量块6设置在横梁5的两个端部。横梁5和质量块6受到轻微振动，很容易打破其静止状态而产生晃动。
本发明的运作过程包括以下步骤：
1.安装压电波浪启发梁振动能量收集装置，确保底座1与外部振动环境刚性连接；
2.根据外部环境振动频率，调整质量块6质量和横梁5的长度，使压电波浪启发梁振动能量收集装置的共振频率与环境的激励频率一致或接近；
3.用第一导线连接压电片8；
4.用第二导线连接感应部件；
5.将第一导线和第二导线接入电量收集模块，收集输出的电能。
通过波浪启发发电梁感应周围环境的振动，通过质量块6带动横梁5上下运动，波浪启发梁7产生应变，使得与波浪启发梁7固定的压电片8产生应变，从而产生电能。当受到轻微振动时，横梁5容易失去平衡，从而可以带动波浪启发梁7动，同时当波浪启发发电梁发生阱间运动，即在平衡状态1和状态2之间运动，突破了势能壁垒，同时会伴随着大量能量释放，能高效的收集周围环境的振动能从而转换为电能，而且能够在野外无人区或恶劣环境中工作，应用范围广，实用性高。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，包括：底座(1)；支撑部件(2)，设置在所述底座(1)上；波浪启发发电梁，固定于所述支撑部件(2)上；第一限位部件(3)，设置在所述底座(1)上，用于使所述波浪启发发电梁保持预变形形状；第二限位部件(4)，设置在所述支撑部件(2)上；施力部件，设置在所述波浪启发发电梁上；以及电量收集模块，与所述压电片连接。
2.根据权利要求1所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述波浪启发发电梁包括波浪启发梁(7)和压电片(8)，所述压电片(8)固定安装在所述波浪启发梁(7)上。
3.根据权利要求2所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述压电片(8)通过环氧树脂或者聚丙烯中的其中一种与所述波浪启发梁(7)固定，且所述压电片(8)对称分布在所述波浪启发梁(7)的上下表面。
4.根据权利要求2所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述压电片(8)的材料为聚偏二氟乙烯。
5.根据权利要求2所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述施力部件包括横梁(5)和质量块(6)，所述横梁(5)设置在所述波浪启发梁(7)的中间位置，所述质量块(6)设置在所述横梁(5)上。
6.根据权利要求5所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述质量块(6)包括两个，且分别设置在所述横梁(5)的两个端部。
7.根据权利要求5所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述横梁(5)焊接在所述波浪启发梁(7)的中间位置。
8.根据权利要求1所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述支撑部件(2)包括两个矩形支撑板。
9.根据权利要求8所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述第一限位部件(3)包括两个矩形限位板，且两个所述限位板对称设置在两个所述支撑板之间，在所述限位板上开设有孔，用于使所述波浪启发发电梁穿设通过所述限位板。
10.根据权利要求8所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述第二限位部件(4)包括一个矩形限位板，且设置在所述第一限位部件(3)以及所述支撑部件(2)的顶部。
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