一種用于結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測(cè)的傳感器能量供給裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及到采用太陽能、風(fēng)能、振動(dòng)機(jī)械能對(duì)傳感器進(jìn)行能量供給的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]土木工程建筑物在長期的運(yùn)營過程中，受到風(fēng)荷載、環(huán)境侵蝕、人工荷載等各種外界荷載綜合作用下，會(huì)導(dǎo)致建筑物一定程度的損傷，這些損傷如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，積累的損傷會(huì)降低建筑物抵抗外界荷載的能力，從而會(huì)影響建筑物的安全運(yùn)營。為了評(píng)價(jià)建筑物的健康狀況，需對(duì)建筑物進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)。
[0003]傳統(tǒng)的健康監(jiān)測(cè)方法是采用有線傳感器，利用線纜將傳感器的數(shù)據(jù)信息傳輸給數(shù)據(jù)接收基站。然而，有線傳感器的線纜布設(shè)距離長，布設(shè)線纜量大，會(huì)耗費(fèi)大量的物力人力。無線技術(shù)可以解決線纜布設(shè)問題，具有安裝方便，組網(wǎng)也方便，無需布設(shè)大量線纜等特點(diǎn)，因此，有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]無線技術(shù)通常均采用電池來供電，然而監(jiān)測(cè)建筑物時(shí)，通常布設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)多，數(shù)據(jù)傳輸大，采用電池供電難以滿足監(jiān)測(cè)時(shí)的能量需求，因此，開發(fā)一種有效且高效的能量供給裝置是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行持久監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)是解決如何對(duì)能量持續(xù)供給的問題。
[0006]本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是:開發(fā)出一種持久的能量供給裝置，此裝置可以將太陽能、風(fēng)能、振動(dòng)機(jī)械能相結(jié)合來轉(zhuǎn)換為電能，從而達(dá)到持久供電的目的。
[0007]—種用于結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測(cè)的傳感器能量供給裝置，該傳感器能量供給裝置包括太陽能板、水平壓電桿3、豎直壓電桿4、風(fēng)力發(fā)電機(jī)6、永磁體7、彈簧11、線圈繞組8、能量收集及功率調(diào)節(jié)電路14和蓄電池15 ;
[0008]四根水平壓電桿的一端分別與四個(gè)太陽能板背面2連接，太陽能板正面I與水平壓電桿3上表面成45度角(即太陽能板板面與水平壓電桿上表面夾角)，以便更好的接收太陽光照射，產(chǎn)生太陽能；太陽能板正面I與水平壓電桿3側(cè)表面夾角小于90度，以便在風(fēng)力作用下，太陽能板及水平壓電桿能夠繞其中心交點(diǎn)旋轉(zhuǎn)；豎直壓電桿與水平壓電桿固定連接在一起；太陽能板在風(fēng)激勵(lì)或者振動(dòng)下，水平壓電桿會(huì)彎曲變形產(chǎn)生壓電電能，水平壓電桿會(huì)帶動(dòng)豎直壓電桿彎曲變形，從而使豎直壓電桿產(chǎn)生壓電電能；
[0009]四根水平壓電桿3與豎直壓電桿4固定焊接于焊接節(jié)點(diǎn)球5 ;水平壓電桿3由中間金屬層17與上下兩層壓電層18組成，豎直壓電桿4由外圍壓電層19與中心金屬桿20組成；豎直壓電桿4與風(fēng)力發(fā)電機(jī)6連接；風(fēng)力發(fā)電機(jī)6與永磁體7連接；永磁體7與彈簧11連接，豎直壓電桿的振動(dòng)會(huì)帶動(dòng)永磁體的振動(dòng)，同時(shí)環(huán)境的振動(dòng)會(huì)通過彈簧帶動(dòng)永磁體的振動(dòng)；彈簧11與保護(hù)外殼9底部連接；永磁體7四周纏繞線圈繞組8 ;線圈繞組8通過上下非導(dǎo)磁連接件10固定于保護(hù)外殼9的上下內(nèi)表面，從而使永磁體可以在線圈繞組中運(yùn)動(dòng)，通過電磁感應(yīng)方式供電；通過能量收集及功率調(diào)節(jié)電路可將太陽能、風(fēng)能、機(jī)械振動(dòng)能(壓電能與永磁體振動(dòng)能)收集起來，并調(diào)整功率，以存儲(chǔ)于蓄電池中，從而便于建筑長期監(jiān)測(cè)的持久供電。
[0010]永磁體7的振動(dòng)在線圈繞組8中產(chǎn)生的電能通過導(dǎo)線12連接能量收集及功率調(diào)節(jié)電路14中；太陽能板I產(chǎn)生的太陽能與水平壓電桿3和豎直壓電桿4產(chǎn)生的壓電能通過電能收集導(dǎo)線13連接于能量收集及功率調(diào)節(jié)電路14中；同時(shí)電能收集導(dǎo)線13將風(fēng)力發(fā)電機(jī)6產(chǎn)生的電能傳輸給能量收集及功率調(diào)節(jié)電路14中；能量收集及功率調(diào)節(jié)電路14通過調(diào)整及控制，將收集到的電能存儲(chǔ)于蓄電池15中，或直接傳輸耗電裝置16 ;蓄電池15連接于耗電裝置16用于持久供電。
[0011]本發(fā)明的效果和益處是利用了土木工程建筑物周圍的環(huán)境能源，通過太陽能板、壓電桿以及永磁體振動(dòng)，采用光伏供電原理、壓電供電原理、電磁感應(yīng)供電原理(包括風(fēng)力發(fā)電原理)，將太陽能、風(fēng)能、環(huán)境振動(dòng)等能量形式收集并存儲(chǔ)，從而適合于各種外界自然環(huán)境的能量收集，保證了充足的電能儲(chǔ)備，達(dá)到持久供電的目的，有利于建筑結(jié)構(gòu)的長期監(jiān)測(cè)。另外，太陽能板不僅收集太陽能，又作為風(fēng)力發(fā)電的葉片和壓電桿桿端的集中質(zhì)量，從而減小裝置占用空間，提高能源采集利用效率。
【附圖說明】
[0012]圖1是能量供給裝置示意圖。
[0013]圖2是水平壓電桿示意圖。
[0014]圖3是豎直壓電桿示意圖。
[0015]圖中:1太陽能板正面，2太陽能板背面，3水平壓電桿，4豎直壓電桿，5焊接節(jié)點(diǎn)，6風(fēng)力發(fā)電機(jī)，7永磁體，8線圈繞組，9保護(hù)外殼，10非導(dǎo)磁連接件，11彈簧，12電磁感應(yīng)電能收集導(dǎo)線，13電能收集導(dǎo)線，14能量收集及功率調(diào)節(jié)電路，15蓄電池，16耗電裝置，17水平壓電桿中間金屬層，18水平壓電桿兩側(cè)壓電層，19豎直壓電桿外圍壓電層，20中心金屬桿。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0017]—種用于結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測(cè)的傳感器能量供給裝置，主要由太陽能板1、水平壓電桿3、豎直壓電桿4、永磁體7、彈簧11、線圈繞組8、能量收集及功率調(diào)節(jié)電路14、蓄電池15等組成；太陽能板背面2連接于水平壓電桿3，太能能正面I與水平壓電桿3上表面成45度角，與水平壓電桿3側(cè)表面夾角小于90度。
[0018]四根水平壓電桿3與豎直壓電桿4固定焊接于焊接節(jié)點(diǎn)球5 ;水平壓電桿3由中間金屬層17與兩層壓電層18組成；豎直壓電桿4由外圍壓電層19與中心金屬桿20組成，豎直壓電桿4與風(fēng)力發(fā)電機(jī)6相連接；風(fēng)力發(fā)電機(jī)6與永磁體7相連接；永磁體7與彈簧11連接；彈簧11與保護(hù)外殼9底部連接；永磁體7四周有線圈繞組8 ;線圈繞組8通過上下非導(dǎo)磁連接件10固定于保護(hù)外殼9的上下內(nèi)表面。
[0019]永磁體7的振動(dòng)在線圈繞組8中產(chǎn)生的電能通過導(dǎo)線12連接于能量收集及功率調(diào)節(jié)電路14中；太陽能板I產(chǎn)生的太陽能與水平壓電桿3和豎直壓電桿4產(chǎn)生的壓電能通過電能收集導(dǎo)線13連接于能量收集及功率調(diào)節(jié)電路14中；同時(shí)導(dǎo)線13也將風(fēng)力發(fā)電機(jī)6產(chǎn)生的電能傳輸給電路14中；電路14通過調(diào)整及控制，將收集到的電能存儲(chǔ)于蓄電池15中，或直接傳輸耗電裝置16 ;蓄電池15連接于耗電裝置16用于持久供電。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測(cè)的傳感器能量供給裝置，其特征在于，該傳感器能量供給裝置包括太陽能板、水平壓電桿、豎直壓電桿、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、永磁體、彈簧、線圈繞組、能量收集及功率調(diào)節(jié)電路和蓄電池； 四根水平壓電桿的一端分別與四個(gè)太陽能板背面連接，太陽能板正面與水平壓電桿上表面成45度角，與水平壓電桿側(cè)表面夾角小于90度； 四根水平壓電桿與豎直壓電桿固定焊接于焊接節(jié)點(diǎn)球；水平壓電桿由中間金屬層與上下兩層壓電層組成，豎直壓電桿由外圍壓電層與中心金屬桿組成；豎直壓電桿與風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與永磁體連接，永磁體與彈簧連接，彈簧與保護(hù)外殼底部連接；永磁體四周纏繞線圈繞組，線圈繞組通過上下非導(dǎo)磁連接件固定于保護(hù)外殼的上下內(nèi)表面； 永磁體的振動(dòng)在線圈繞組中產(chǎn)生的電能通過導(dǎo)線連接能量收集及功率調(diào)節(jié)電路中；太陽能板產(chǎn)生的太陽能與水平壓電桿和豎直壓電桿產(chǎn)生的壓電能通過電能收集導(dǎo)線連接于能量收集及功率調(diào)節(jié)電路中；同時(shí)電能收集導(dǎo)線將風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能傳輸給能量收集及功率調(diào)節(jié)電路中；能量收集及功率調(diào)節(jié)電路通過調(diào)整及控制，將收集到的電能存儲(chǔ)于蓄電池中，或直接傳輸耗電裝置；蓄電池連接于耗電裝置用于持久供電。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測(cè)的傳感器能量供給裝置，屬于土木結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。本發(fā)明裝置利用太陽能板、壓電桿、永磁體等部件來供電裝置，基于光伏供電原理、壓電供電原理、電磁感應(yīng)供電原理包括風(fēng)力發(fā)電原理將太陽能、風(fēng)能、環(huán)境振動(dòng)等能量形式收集并存儲(chǔ)，從而適合于各種外界自然環(huán)境的能量收集，保證了充足的電能儲(chǔ)備，達(dá)到持久供電的目的，有利于建筑結(jié)構(gòu)的長期監(jiān)測(cè)。太陽能板不僅收集太陽能，又作為風(fēng)力發(fā)電的葉片和壓電桿桿端的集中質(zhì)量，從而減小裝置占用空間，提高能源采集利用效率。
【IPC分類】H02S10/12, H02N2/18, H02S10/20
【公開號(hào)】CN105048868
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510567001
【發(fā)明人】曲春緒, 伊廷華, 李宏男
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年9月7日