一種用于河流監(jiān)測的自激壓電俘能器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于河流監(jiān)測的自激壓電俘能器，屬河流監(jiān)測領域。管道內(nèi)壁上設有兩個連接耳，連接耳上都裝有簧片，簧片的平面與管道對稱中心線平行；上下半殼通過法蘭相連并形成密閉的殼體；上或下半殼的法蘭與兩個簧片相連；上半殼前后側(cè)壁上設有上凸臺，下半殼前后側(cè)壁上設有下凸臺，兩個上凸臺的對稱中心處設有隔板；上下凸臺上都設有限位面，限位面由一個平直段和兩個圓弧段構(gòu)成，平直段寬度與隔板寬度相等；金屬基板經(jīng)壓塊固定在隔板上并形成兩個金屬懸臂梁，金屬懸臂梁自由端裝有線圈、側(cè)面粘接有壓電晶片，金屬懸臂梁與所粘接的壓電晶片構(gòu)成壓電振子；優(yōu)勢特色：結(jié)構(gòu)簡單、流速適應能力強、有效頻帶寬、可靠性高、發(fā)電能力強。
【專利說明】
-種用于河流監(jiān)測的自激壓電停能器
技術(shù)領域
[0001] 本實用新型屬于河流監(jiān)測技術(shù)領域，具體設及一種用于河流監(jiān)測的自激壓電俘能 器，用于構(gòu)造自供電河流監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國境內(nèi)遍布的河流達數(shù)千條之多。近年來，由于工業(yè)廢污水處理力度不夠、水± 流失及農(nóng)藥和化肥等使用不當?shù)仍?，大部分河流都存在一定程度的污染問題，近1/4的河 流或河段因污染而不能滿足基本的灌概需求;此外，由于目前很多地區(qū)中小河流防洪設施 不完善、甚至沒有任何防洪設施，訊期來臨之際可能導致潰堤或漫堤等危險，直接威脅了沿 岸群眾的生命和財產(chǎn)安全。因此，河流監(jiān)測已受到國家相關部口的高度重視，十二五期間水 利部就曾計劃實現(xiàn)對《中小河流治理和中小水庫除險加固專項規(guī)劃》確定的五千余條河流 的監(jiān)測全覆蓋；同時，國內(nèi)專家學者也相繼提出了相應的監(jiān)測方法和手段，包括針對河水污 染的水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)，針對防洪及泥石流等自然災害的雨量、水位W及河道水流速等監(jiān)測技 術(shù)等多方面。雖然所提出的某些監(jiān)測方法在技術(shù)層面W較成熟，但目前尚未得到大面的積 推廣應用，其主要原因之一是監(jiān)測系統(tǒng)供電問題未得到很好的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有河流監(jiān)測系統(tǒng)供電方面所存在的問題，本實用新型提出一種用于河流監(jiān) 測的自激壓電俘能器。本實用新型采用的實施方案是:管道內(nèi)壁上對稱地設有兩個連接耳， 連接耳上都經(jīng)螺釘和壓板安裝有黃片，黃片的平面與管道對稱中屯、線平行;上下半殼的法 蘭通過螺釘相連，連接后的上下半殼形成密閉的殼體;上半殼的法蘭或下半殼的法蘭經(jīng)螺 釘和壓板與所述的兩個黃片相連;上半殼的前后側(cè)壁上都設有上凸臺，下半殼的前后側(cè)壁 上都設有下凸臺，兩個上凸臺的對稱中屯、處設有隔板;上凸臺和下凸臺上都設有限位面，限 位面由一個平直段和與所述平直段相切的兩個圓弧段構(gòu)成，平直段寬度與隔板寬度相等； 金屬基板經(jīng)螺釘和壓塊固定在隔板上并形成兩個金屬懸臂梁，每個金屬懸臂梁的自由端都 經(jīng)螺釘安裝有線圈、側(cè)面都粘接有壓電晶片，金屬懸臂梁與所粘接的壓電晶片構(gòu)成壓電振 子；上半殼上兩個上凸臺的間距與下半殼上兩個下凸臺的間距相等且大于壓電晶片的寬 度、小于金屬基板的寬度;上下半殼上限位面上的平直段之間的間隙等于金屬基板的厚度； 下半殼的底板上經(jīng)螺釘安裝有電路板，上下半殼的左右側(cè)壁上都經(jīng)螺釘安裝有磁鐵;上半 殼上的磁鐵置于與其相鄰線圈的左上方或右上方，下半殼上的磁鐵置于與其相鄰線圈的左 下方或右下方;各線圈及各壓電振子經(jīng)不同的導線組分別與電路板相連。
[0004] 本實用新型中，黃片與殼體構(gòu)成振動系統(tǒng)I、壓電振子與線圈構(gòu)成振動系統(tǒng)II，故 俘能器總體上為2自由度振動系統(tǒng)，當外界激勵頻率與振動系統(tǒng)I或振動系統(tǒng)II的固有頻率 接近時俘能器的發(fā)電量都將出現(xiàn)峰值，有效頻帶大幅度增加。
[0005] 工作中，流體流過黃片及殼體時會在其后面產(chǎn)生卡口縱街，縱滿的交替生成與脫 落會使黃片及殼體上下及前后兩側(cè)的流體壓力交替變化，并使振動系統(tǒng)I產(chǎn)生上下方向的 自激振動，從而帶動振動系統(tǒng)II上下往復振動，再經(jīng)壓電振子和線圈將機械能轉(zhuǎn)換成電能； 因壓電振子和線圈的發(fā)電能力都隨壓電振子振幅的增加而增加，當自激頻率與振動系統(tǒng)I或 II的固有頻率相同或相近時，俘能器的發(fā)電量都將出現(xiàn)峰值。工作過程中，當壓電振子變形 量達到一定程度時，金屬懸臂梁將貼靠在限位面上，從而限制了壓電振子變形量的進一步 增加、且使壓電晶片的應力分布均勻，發(fā)電量及可靠性都大幅度提升。本實用新型中，為提高 壓電振子的發(fā)電能力和可靠性，壓電晶片為0.2mm的PZT4、金屬基板為被青銅，金屬基板與壓 電晶片的厚度之比為1~2.5;限位面的最小曲率半徑關
其中a = hm/hp為厚度比，hm和hp分別為金屬基板和壓電晶片的厚度。
[0006] 優(yōu)勢與特色;①利用流固禪合作用實現(xiàn)自激振動發(fā)電，無需滿輪等運動部件，結(jié)構(gòu) 簡單、體積小、便于與監(jiān)測系統(tǒng)相集成;②俘能器為兩自由度系統(tǒng)，且有效頻帶寬、流速適應 能力強;③壓電晶片變形量可控且應力分布均勻，故發(fā)電能力強、可靠性高。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本實用新型一個較佳實施例中俘能器結(jié)構(gòu)示意圖；
[000引圖2是圖1的A-A剖視圖；
[0009]圖3是上下半殼相互連接后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010] 圖4是圖3的B-B剖視圖。
【具體實施方式】
[0011] 管道a內(nèi)壁上對稱地設有兩個連接耳al，兩個連接耳上都經(jīng)螺釘和壓板b安裝有黃 片C，黃片C的平面與管道a的對稱中屯、線平行;上半殼g的法蘭gl與下半殼d的法蘭dl通過螺 釘相連，連接后的上半殼g與下半殼d形成密閉的殼體K;上半殼g的法蘭gl或下半殼d的法蘭 dl經(jīng)螺釘和壓板b與所述的兩個黃片C相連;上半殼g的前后側(cè)壁上都設有上凸臺g2,下半殼 d的前后側(cè)壁上都設有下凸臺d2,兩個上凸臺g2的對稱中屯、處設有隔板的;上凸臺g2和下凸 臺d2上都設有限位面M，限位面M由一個平直段Z和與所述平直段Z相切的兩個圓弧段H構(gòu)成， 平直段Z的寬度與隔板的的寬度相等;金屬基板hi經(jīng)螺釘和壓塊i固定在隔板的上并形成兩 個金屬懸臂梁hi'，每個金屬懸臂梁hi'的自由端都經(jīng)螺釘安裝有線圈j、側(cè)面都粘接有壓電 晶片h2,金屬懸臂梁hi'與所粘接的壓電晶片h2構(gòu)成壓電振子h;上半殼g上的兩個上凸臺邑2 的間距L與下半殼d上的兩個下凸臺d2的間距L'相等且大于壓電晶片h2的寬度L2、小于金屬 基板hi的寬度LI;上半殼g與下半殼d上的限位面M上的平直段Z之間的間隙等于金屬基板hi 的厚度;下半殼d的底板上經(jīng)螺釘安裝有電路板e，上半殼g和下半殼d的左右側(cè)壁上都經(jīng)螺 釘安裝有磁鐵f;上半殼g上的磁鐵f置于與其相鄰線圈j的左上方或右上方，下半殼d上的磁 鐵f置于與其相鄰線圈j的左下方或右下方;各線圈f及各壓電振子h經(jīng)不同的導線組與電路 板e相連。
[0012] 本實用新型中，黃片C與殼體K構(gòu)成振動系統(tǒng)I、壓電振子h與線圈f構(gòu)成振動系統(tǒng) II，故俘能器總體上為2自由度振動系統(tǒng)，當外界激勵頻率與振動系統(tǒng)I或振動系統(tǒng)II的固 有頻率接近時俘能器的發(fā)電量都將出現(xiàn)峰值，故有效頻帶大幅度增加。
[0013] 工作中，流體流過黃片C及殼體K時會在其后面產(chǎn)生卡口縱街，縱滿的交替生成與 脫落會使黃片C及殼體K上下及前后兩側(cè)的流體壓力交替變化，并使振動系統(tǒng)I產(chǎn)生上下方 向的自激振動，從而帶動振動系統(tǒng)II上下往復振動，再經(jīng)壓電振子h和線圈j將機械能轉(zhuǎn)換 成電能；因壓電振子h和線圈j的發(fā)電能力都隨壓電振子h振幅的增加而增加，當自激頻率與 振動系統(tǒng)I或II的固有頻率相同或相近時，俘能器的發(fā)電量都將出現(xiàn)峰值。工作過程中，當 壓電振子h變形量達到一定程度時，金屬懸臂梁hi'將貼靠在限位面M上，從而限制了壓電振 子h變形量的進一步增加、且使壓電晶片h2的應力分布均勻，發(fā)電量及可靠性都大幅度提 升。本實用新型中，為提高壓電振子h的發(fā)電能力和可靠性，壓電晶片為0.2mm的PZT4、金屬 基板hi為被青銅，金屬基板hi與壓電晶片h2的厚度之比為1~2.5;限位面M的最小曲率半徑 關
其中a = hm/hp為厚度比，hm和hp分別為金屬基板hi和壓 電晶片h2的厚度。
【主權(quán)項】
1. 一種用于河流監(jiān)測的自激壓電俘能器，其特征在于：管道內(nèi)壁上對稱地設有兩個連 接耳，連接耳上都裝有簧片，簧片的平面與管道對稱中心線平行;上下半殼的法蘭通過螺釘 相連，連接后的上下半殼形成密閉的殼體;上半殼或下半殼的法蘭與兩個簧片相連;上半殼 的前后側(cè)壁上設有上凸臺，下半殼的前后側(cè)壁上設有下凸臺，兩個上凸臺的對稱中心處設 有隔板;上下凸臺上都設有限位面，限位面由一個平直段和兩個圓弧段構(gòu)成，平直段寬度與 隔板寬度相等;金屬基板經(jīng)螺釘和壓塊固定在隔板上并形成兩個金屬懸臂梁，金屬懸臂梁 自由端裝有線圈、側(cè)面粘接有壓電晶片，金屬懸臂梁與所粘接的壓電晶片構(gòu)成壓電振子。
【文檔編號】H02K35/02GK205681344SQ201620626081
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620626081.0, CN 201620626081, CN 205681344 U, CN 205681344U, CN-U-205681344, CN201620626081, CN201620626081.0, CN205681344 U, CN205681344U
【發(fā)明人】溫建明, 郭健安, 程光明, 闞君武, 王淑云
【申請人】浙江師范大學