CN201918785U - 桥梁振动智能供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种桥梁振动智能供电系统，包括能量转换装置、电能存储装置和电源管理装置；所述能量转换装置包括振动传递机构、连杆、曲柄和发电机，振动传递机构将桥梁振动压力传递至连杆，又通过连杆传递至曲柄，所述曲柄与发电机的输入轴相连接，驱动发电机的输入轴旋转，产生电力；电能存储装置包括整流电路、转换/处理电路I、转换/处理电路II、超级电容和蓄电池，所述电源管理装置包括电能管理控制器和电源通道，电能管理控制器的电源输入端与能量管理装置的电源输出端相连，且通过多个电源通道与各桥梁监测器件相连接。本实用新型的系统结构紧凑，充分利用了车辆在通过桥面时，桥梁产生的振动压力，达到了节能省电、保证监测部件不间断运行的目的。

Description

桥梁振动智能供电系统

技术领域

本实用新型涉及桥梁监测技术领域，具体来说，涉及一种利用桥梁振动实现监测部件智能供电的系统。

背景技术

桥梁是国家的重要基础设施之一，在桥梁建设高速发展的同时，桥梁安全问题也越来越受到人们重视。随着服役期的持续，桥梁结构可能出现劣化，而日益增长的交通量和超载等可能会超过原来的设计标准，从而降低桥梁的可靠性，甚至会使桥梁出现安全问题，酿成灾难性的事故。而建造和维护大型桥梁需要耗费大量的人力、物力和财力，滞后于桥梁建设与发展的综合监测及评估手段使桥梁管理层和决策层无法对其整体使用性能做出客观准确的评估，因此也无法采用低成本高效益的维修养护方法。在这种形势下，建立与之适应相匹配的桥梁综合监测与评估系统成为桥梁界研究的热点之一，具有极为重要的意义。

桥梁健康监测网络系统主要是通过大量的监测元件（主要是传感器，例如裂纹、应变等的监测）来实现监测目的。现今，桥梁健康监测各器件愈加小型化，低功耗化，拉入市电需要浪费人力、物力和财力，并且，不合理的布线方式还影响数据采集精准度。

当车辆行驶于桥面时，桥梁结构会发生大幅度的振动，因此可以考虑设计出一种能够利用振动压力进行发电的装置，以期达到节能省电，同时保证电能供给的目的。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种桥梁振动智能供电系统，利用桥梁振动时产生的压力驱动发电机旋转，产生电能来供给桥梁监测部件使用，以达到节能省电、满足电能不间断供给的目的，同时可以作为现有供电方式的有益补充。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

该桥梁振动智能供电系统包括能量转换装置、电能存储装置和电源管理装置；

所述能量转换装置包括振动传递机构、连杆、曲柄和发电机，所述振动传递机构与桥梁的底面以可拆卸方式相连接，所述连杆的一端与振动传递机构相连接，所述连杆的另一端与曲柄相连接，所述振动传递机构将桥梁振动压力传递至连杆，又通过连杆传递至曲柄，所述曲柄与发电机的输入轴相连接，通过驱动发电机的输入轴旋转，产生电力；

所述电能存储装置包括整流电路、转换/处理电路I、转换/处理电路II、超级电容和蓄电池，所述发电机的电力输出端通过整流电路处理后，输入由超级电容和蓄电池并联组成的充/放电模块，所述充/放电模块的电源输出端通过转换/处理电路II连接至电源管理装置；

所述电源管理装置包括电能管理控制器和电源通道，所述电能管理控制器的电源输入端与能量管理装置的电源输出端相连，且通过多个电源通道与桥梁监测器件相连接。

进一步，所述振动传递机构包括支架，所述支架的上端与桥梁的底面相连接，所述支架的上部横向设置有弹性系数较高的悬臂梁，所述悬臂梁的悬空的一端作为接触端，所述接触端的上端面设置有用于与桥梁底面相接触的质量块，所述接触段的下端面与连杆相连接；

作为振动传递机构的另一种结构，所述振动传递机构包括沿轴向伸缩的弹簧，所述弹簧的一端与桥梁底面相连接，所述弹簧另一端吊设有质量块，所述质量块的下端面与连杆相连接；

进一步，所述压力传递机构通过轴承I与连杆相连接，所述连杆过轴承II与曲柄相连接;

进一步，所述电能管理控制器存储桥梁监测器件ID标识，当检测到某一桥梁监测器件需要供电时，所述电能管理控制器将打开相应电源通道为器件实时按需供电。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的系统结构紧凑，充分利用了车辆在通过桥面时，桥梁产生的振动压力，巧妙地将振动压力转化为驱动发电机运行的动力，产生的电能通过电能存储装置进行存储后，通过电源管理装置输出至各监测部件中，从而达到了节能省电的目的，绿色环保；

2.本实用新型的系统可以单独使用，也可以作为现有供电方式的补充，保证在外部电源中断的情况下，通过自动切换装置接驳到本系统上，实现监测部件的不间断持续运行；

3.本实用新型的系统通过电源管理装置实现智能管理，只有在需要时才供电给待测区域的传感器，而在其他时候，传感器都处于闲置状态，从而大大减轻传感器的负荷，降低系统消耗，同时延长传感器寿命。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为实施例一的系统结构连接示意图；

图2为实施例二的系统结构连接示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

实施例一

如图1所示，本实用新型的桥梁振动智能供电系统，包括能量转换装置、电能存储装置和电源管理装置；

能量转换装置包括压力传递机构、连杆1、曲柄2和发电机3，所述振动传递机构与桥梁的底面以可拆卸方式相连接，连杆1的一端与振动传递机构相连接，所述连杆1的另一端与曲柄2相连接，振动传递机构将桥梁振动压力传递至连杆1，又通过连杆传递至曲柄2，所述曲柄2与发电机3的输入轴相连接，当输入轴旋转时，带动发电机内部的线圈旋转，切割永磁体产生的磁场，产生电力；

电能存储装置包括整流电路4、转换/处理电路I 6、转换/处理电路II 7、超级电容8和蓄电池9，所述发电机的电力输出端通过整流电路4处理后，输入由超级电容8和蓄电池9并联组成的充/放电模块17，充/放电模块17的电源输出端通过转换/处理电路II 7连接至电源管理装置；

电源管理装置包括电能管理控制器10和电源通道11，所述电能管理控制器10的电源输入端与能量管理装置的电源输出端相连，且通过多个电源通道11与各桥梁监测器件相连接。电源管理装置可以实现智能管理，只有在需要时才供电给待测区域的传感器，而在其他时候，传感器都处于闲置状态，从而大大减轻传感器的负荷，降低系统消耗，同时延长传感器寿命。

作为进一步的改进，振动传递机构包括支架12，所述支架12的上端与桥梁的底面相连接，所述支架12的上部横向设置有弹性系数较高的悬臂梁13，所述悬臂梁13的悬空的一端作为接触端，所述接触端的上端面设置有用于与桥梁底面相接触的质量块15，所述接触段的下端面与连杆1相连接。振动传递机构通过轴承I 15与连杆1相连接，连杆1通过轴承II 16与曲柄2相连接。

当车辆经过桥梁发生振动时，质量块向下方移动，从而带动连杆与曲轴之间的互动，使发电机输入轴旋转，产生电能。

作为进一步的改进，为了保护整套系统，还可以将前面所述的系统所有部件都放置在一个保护箱体里面，该保护箱体可以采用锚固的方式或者螺栓固定的方式与桥梁相连接。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于：振动传递机构包括若采用弹簧14，所述弹簧14的一端与桥梁底面相连接，弹簧14另一端吊设有质量块15，质量块15的下端面与连杆1相连接。

当车辆经过桥梁发生振动时，弹簧发生沿轴向的上下伸缩运动，带动质量块的移动，进一步带动连杆与曲轴之间的互动，使发电机输入轴旋转，产生电能。

相比较而言，实施例一中的悬臂梁所承受应力载荷较多，抗疲劳性较强；而实施例二中的弹簧结构简单，功能单纯，易于安装，重量更轻。二者均需要采用弹性系数较高的材料，还可以做成阵列结构以满足大范围、大区域的需要。

当然，该振动传递机构也可以采用其他方式，如果要求不高，可以直接设计成与桥梁底面以可拆卸方式连接的构件。

本实用新型在使用时，需要进行以下步骤：

1）在桥梁上设置一连接于桥梁底面的振动传递机构，振动传递机构通过一连杆与曲柄相连接的机构将桥梁振动压力传递至发电机的输入轴，驱动发电机的输入轴旋转，产生电力；

2）将发电机产生的电力通过电能存储装置储存；本实施例中，电能存储装置包括包括整流电路、转换/处理电路I、转换/处理电路II、超级电容和蓄电池，所述发电机的电力输出端通过整流电路处理后，输入由超级电容和蓄电池并联组成的充/放电模块，所述充/放电模块的电源输出端通过转换/处理电路II连接至电源管理装置；

3）电能存储装置与一电源管理装置相连接，通过电源管理装置向桥梁上的各监测部件供电，本实施例中，所述电源管理装置包括电能管理控制器和电源通道，所述电能管理控制器的电源输入端与能量管理装置的电源输出端相连，且通过多个电源通道与桥梁监测器件相连接。所述电能管理控制器自动检测系统存储电能的大小，在满载情况下，关闭充电开关，从而保证充/放电模块寿命，否则打开充电开关，以采集电能。

作为进一步的改进，为了满足智能供电的需要，电能管理控制器存储有桥梁监测器件ID标识，当检测到某一桥梁监测器件需要供电时，所述电能管理控制器将打开相应电源通道为器件实时按需供电。

如果此时电能不足, 电能管理控制器发出报警声，要求充/放电模块进行充电,请求电量的器件在一定时间范围内进行等待，否则自动退出本次请求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.桥梁振动智能供电系统，其特征在于：所述系统包括能量转换装置、电能存储装置和电源管理装置；

所述能量转换装置包括振动传递机构、连杆（1）、曲柄（2）和发电机（3），所述振动传递机构与桥梁的底面以可拆卸方式相连接，所述连杆（1）的一端与振动传递机构相连接，所述连杆（1）的另一端与曲柄（2）相连接，所述振动传递机构将桥梁振动压力传递至连杆（1），又通过连杆传递至曲柄（2），所述曲柄（2）与发电机（3）的输入轴相连接，通过驱动发电机（3）的输入轴旋转，产生电力；

所述电能存储装置包括整流电路（4）、转换/处理电路I（6）、转换/处理电路II（7）、超级电容（8）和蓄电池（9），所述发电机的电力输出端通过整流电路（4）处理后，输入由超级电容（8）和蓄电池（9）并联组成的充/放电模块，所述充/放电模块的电源输出端通过转换/处理电路II（7）连接至电源管理装置；

所述电源管理装置包括电能管理控制器（10）和电源通道（11），所述电能管理控制器（10）的电源输入端与能量管理装置的电源输出端相连，且通过多个电源通道（11）与各桥梁监测器件相连接。

2.根据权利要求1所述的桥梁振动智能供电系统，其特征在于：所述振动传递机构包括支架（12），所述支架（12）的上端与桥梁的底面相连接，所述支架（12）的上部横向设置有弹性系数较高的悬臂梁（13），所述悬臂梁（13）的悬空的一端作为接触端，所述接触端的上端面设置有用于与桥梁底面相接触的质量块（15），所述接触段的下端面与连杆（1）相连接。

3.根据权利要求1所述的桥梁振动智能供电系统，其特征在于：所述振动传递机构包括沿轴向伸缩的弹簧（14），所述弹簧（14）的一端与桥梁底面相连接，所述弹簧（14）另一端吊设有质量块（15），所述质量块（15）的下端面与连杆（1）相连接。

4.根据权利要求1所述的桥梁振动智能供电系统，其特征在于：所述压力传递机构通过轴承I（16）与连杆（1）相连接，所述连杆（1）通过轴承II（17）与曲柄（2）相连接。

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