本發(fā)明涉及能量采集器，具體涉及一種全向振動能量采集裝置及其調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的能量采集器大部分只能進(jìn)行單向的能量采集，不能在多場景下使用，使用場景受到限制。有的能量采集器可以實(shí)現(xiàn)多方向能量采集(闞君武,吳亞奇,張忠華,等.扭擺式多方向壓電振動俘能器的研究[j].中國機(jī)械工程,2023,34(4):440-445.doi:10.3969/j.issn.1004-132x.2023.04.008.)，但部分方向?yàn)楸“宓呐で冃?，采集效率較低。為了提高低頻振動能量采集效率，有的專家學(xué)者將單向的能量采集進(jìn)行陣列布置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多方向能量采集，但這種形式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，限制了能量采集器在自供電傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、如何在降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的條件下，實(shí)現(xiàn)全向的能量采集，是一個(gè)亟待解決的問題。為此，本發(fā)明提出了一種全向振動能量采集裝置及其調(diào)節(jié)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于：如何在降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的條件下，實(shí)現(xiàn)全向的能量采集，提供一種全向振動能量采集裝置。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的，本發(fā)明包括擺動機(jī)構(gòu)、基板、配合塊與四個(gè)側(cè)板，所述擺動機(jī)構(gòu)的上端設(shè)置在所述基板上表面中間位置，當(dāng)基板振動時(shí)，通過所述擺動機(jī)構(gòu)將振動位移信號放大，所述配合塊設(shè)置在所述擺動機(jī)構(gòu)上，各所述側(cè)板圍設(shè)在配合塊的外側(cè)，與所述配合塊的外側(cè)表面四周接觸，所述側(cè)板的下端與所述基板上表面固定連接，每個(gè)所述側(cè)板的外表面下部均固定設(shè)置有一個(gè)壓電片。

3、更進(jìn)一步地，所述擺動機(jī)構(gòu)包括支撐細(xì)桿與質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊設(shè)置在所述支撐細(xì)桿的上端并與其可拆卸連接，所述支撐細(xì)桿垂直于所述基板設(shè)置，且其下端與所述基板可拆卸連接。

4、更進(jìn)一步地，所述質(zhì)量塊與支撐細(xì)桿之間、支撐細(xì)桿與基板之間均采用螺紋連接。

5、更進(jìn)一步地，所述配合塊套設(shè)在所述支撐細(xì)桿上，且其外側(cè)表面四周與各側(cè)板內(nèi)表上部接觸。

6、更進(jìn)一步地，所述配合塊和支撐細(xì)桿之間為過盈配合連接。

7、更進(jìn)一步地，四個(gè)側(cè)板規(guī)格一致，均與所述基板垂直設(shè)置，相鄰兩個(gè)側(cè)板之間相互垂直，且任意兩個(gè)側(cè)板之間不連接。

8、更進(jìn)一步地，四個(gè)側(cè)板分別為第一側(cè)板、第二側(cè)板、第三側(cè)板與第四側(cè)板，其中，第一側(cè)板與第二側(cè)板相互平行，第三側(cè)板與第四側(cè)板相互平行。

9、更進(jìn)一步地，所述基板的四角處均設(shè)置有用于安裝能量采集器的安裝孔。

10、本發(fā)明還提供了上述一種全向振動能量采集裝置的調(diào)節(jié)方法，用于對擺動機(jī)構(gòu)的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其諧振頻率與振動頻率一致，包括以下步驟：

11、s1：通過傳感器測得振動源的頻率，即振動頻率；

12、s2：根據(jù)計(jì)算公式選擇支撐細(xì)桿的長度以及質(zhì)量塊的重量、高度；

13、s3：根據(jù)選擇的支撐細(xì)桿的長度以及質(zhì)量塊的重量、高度，對能量采集器中支撐細(xì)桿的長度和質(zhì)量塊的重量、高度進(jìn)行調(diào)整，然后將調(diào)整后的能量采集器放置于振動源處，進(jìn)行能量采集。

14、更進(jìn)一步地，在所述步驟s2中，計(jì)算公式如下：

15、

16、其中，f為擺動機(jī)構(gòu)的諧振頻率，y為支撐細(xì)桿的彈性模量，i為擺動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量，lb為支撐細(xì)桿的長度，lm為質(zhì)量塊的高度，m為質(zhì)量塊的重量，f、y、i為已知量。

17、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

18、1、可以實(shí)現(xiàn)全向的能量采集，避免了將單向采集器沿不同方向陣列而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和信號處理帶來的困難；

19、2、通過質(zhì)量塊、支撐細(xì)桿以及配合塊的作用，使得壓電片發(fā)生彎曲變形比單純只放置側(cè)板產(chǎn)生的變形大，同時(shí)避免了扭轉(zhuǎn)變形電壓信號低的弊端；

20、3、可以通過調(diào)整支撐細(xì)桿的高度以及質(zhì)量塊的質(zhì)量和高度進(jìn)而改變結(jié)構(gòu)的固有頻率，實(shí)現(xiàn)與激勵頻率的共振，增大壓電片的彎曲變形，從而提高壓電電壓輸出。

技術(shù)特征：

1.一種全向振動能量采集裝置及其調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括擺動機(jī)構(gòu)、基板、配合塊與四個(gè)側(cè)板，所述擺動機(jī)構(gòu)的上端設(shè)置在所述基板上表面中間位置，當(dāng)基板振動時(shí)，通過所述擺動機(jī)構(gòu)將振動位移信號放大，所述配合塊設(shè)置在所述擺動機(jī)構(gòu)上，各所述側(cè)板圍設(shè)在配合塊的外側(cè)，與所述配合塊的外側(cè)表面四周接觸，所述側(cè)板的下端與所述基板上表面固定連接，每個(gè)所述側(cè)板的外表面下部均固定設(shè)置有一個(gè)壓電片。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全向振動能量采集裝置，其特征在于，所述擺動機(jī)構(gòu)包括支撐細(xì)桿與質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊設(shè)置在所述支撐細(xì)桿的上端并與其形成可拆卸連接，所述支撐細(xì)桿垂直于所述基板設(shè)置，且其下端與所述基板可拆卸連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全向振動能量采集裝置，其特征在于，所述質(zhì)量塊與支撐細(xì)桿之間、支撐細(xì)桿與基板之間均采用螺紋連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全向振動能量采集裝置，其特征在于，所述配合塊套設(shè)在所述支撐細(xì)桿上，且其外側(cè)表面四周與各側(cè)板內(nèi)表上部接觸。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全向振動能量采集裝置，其特征在于，所述配合塊和支撐細(xì)桿之間為過盈配合連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全向振動能量采集裝置，其特征在于，四個(gè)側(cè)板規(guī)格一致，均與所述基板垂直設(shè)置，相鄰兩個(gè)側(cè)板之間相互垂直，且任意兩個(gè)側(cè)板之間不連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全向振動能量采集裝置，其特征在于，四個(gè)側(cè)板分別為第一側(cè)板、第二側(cè)板、第三側(cè)板與第四側(cè)板，其中，第一側(cè)板與第二側(cè)板相互平行，第三側(cè)板與第四側(cè)板相互平行。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種全向振動能量采集裝置，其特征在于，所述基板的四角處均設(shè)置有用于安裝能量采集器的安裝孔。

9.一種全向振動能量采集裝置的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，用于對權(quán)利要求2～8任一項(xiàng)所述的能量采集器中擺動機(jī)構(gòu)的諧振頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其諧振頻率與振動頻率一致，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種全向振動能量采集裝置及其調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在所述步驟s2中，計(jì)算公式如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種全向振動能量采集裝置及其調(diào)節(jié)方法，屬于能量采集器技術(shù)領(lǐng)域，包括擺動機(jī)構(gòu)、基板、配合塊與四個(gè)側(cè)板。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)全向的能量采集，避免了將單向采集器沿不同方向陣列而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和信號處理帶來的困難；通過質(zhì)量塊、支撐細(xì)桿以及配合塊的作用，使得壓電片發(fā)生彎曲變形比單純只放置側(cè)板產(chǎn)生的變形大，同時(shí)避免了扭轉(zhuǎn)變形電壓信號低的弊端；可以通過調(diào)整支撐細(xì)桿的高度以及質(zhì)量塊的質(zhì)量進(jìn)而改變結(jié)構(gòu)的固有頻率，實(shí)現(xiàn)與激勵頻率的共振，增大壓電片的彎曲變形，從而提高壓電電壓輸出。

技術(shù)研發(fā)人員：琚斌,闞歡迎,薛文杰,鄭亦兵,劉永斌,任藝軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19