專利名稱：一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土木工程的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置，尤其是涉及一種用于土木工程結(jié) 構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置。
背景技術(shù)：
大型土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施，如水壩、大型橋梁、高層建筑等，它們的使用期都 長達(dá)幾十年、甚至上百年。在其服役過程中，由于環(huán)境載荷作用、疲勞效應(yīng)、腐蝕效應(yīng)和材料 老化以及其它使用不當(dāng)?shù)娜藶橐蛩氐挠绊?，結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生損傷積累，從而導(dǎo)致抗 力衰減，甚至導(dǎo)致突發(fā)事故，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失，甚至帶來極壞的社會(huì)影 響。例如，20世紀(jì)80年代以來，在北美、歐洲和亞洲的一些國家和地區(qū)，相繼發(fā)生了一些橋 梁結(jié)構(gòu)的突然斷裂倒塌事故。因此，對上述大型結(jié)構(gòu)和設(shè)施進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，采取有效的 手段實(shí)時(shí)地監(jiān)測和預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)的性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和估計(jì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的位置和程度，預(yù)測結(jié) 構(gòu)的性能變化和剩余壽命并做出維護(hù)決定，對提高工程結(jié)構(gòu)的運(yùn)營效率，保障人民生命財(cái) 產(chǎn)安全具有極其重大的意義。在土木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中，土木結(jié)構(gòu)的自身參數(shù)及影響土木結(jié)構(gòu)的因素參數(shù)等 數(shù)據(jù)是依靠各種傳感器采集的，傳感器感知的信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所需 的數(shù)據(jù)，然后在經(jīng)過融合、整理、存儲(chǔ)、處理等相應(yīng)的處理，最后診斷出結(jié)構(gòu)的狀況。無線傳感器及其組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)技術(shù) 也在迅速地發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為綜合了傳感器、嵌入式計(jì)算及無線通信等三大技術(shù) 的新興技術(shù)。由于無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)本身所具有的優(yōu)點(diǎn)，使得它在很多方面得到了應(yīng)用， 主要應(yīng)用領(lǐng)域有航天航空、軍事、醫(yī)療、科學(xué)研究、野生監(jiān)測、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、車輛跟蹤等。廣 闊的應(yīng)用前景掀起了國內(nèi)外對WSN的研究熱潮。尤其在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中，與有線數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有無需大量布線、安裝便捷、更換容易、維護(hù)費(fèi)用低、節(jié)約成本 等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于受外界環(huán)境干擾小，無線傳感器還具有較高的信噪比和測量精度。在傳感器中，無論是傳感單元還是處理單元，為它們提供能量的電源是一項(xiàng)關(guān)鍵， 甚至決定了整個(gè)傳感器的使用服役狀態(tài)和壽命。在過去的十幾年里，處理、存儲(chǔ)和通信技術(shù)得到了飛速發(fā)展，與之相比電源技術(shù)進(jìn) 步的速度要小得多，能量密度上沒有明顯的提高。傳感器和交互節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)方面已經(jīng)取得了 很大的研究成果，但由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在數(shù)量上的增加和在尺寸上的減少，對電源的體積、壽命 和能量密度要求越來越嚴(yán)格，傳統(tǒng)的供電方式已經(jīng)不能滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的發(fā)展要求， 因此，新的供電技術(shù)研究就顯得十分關(guān)鍵。新的供電方法可以采用以下2種途徑一是采用 核電池等長壽命電源；二是利用可以再生的環(huán)境能源，主要包括微波、光照、振動(dòng)、熱和氣流 等產(chǎn)生的能量。第二種途徑可以提供安全、低成本和理論上無壽命限制的自供電技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種安裝便捷、更換容易且使用壽命較長的用
4于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測 的無線傳感器裝置，包括傳感組件和給所述的傳感組件供電的電源裝置，其特征在于所述 的傳感組件包括傳感器、濾波放大電路、信號(hào)處理電路和無線通訊電路，所述的電源裝置包 括蓄電池、電源接口電路、轉(zhuǎn)化光能為電能的太陽能光伏電池和轉(zhuǎn)化機(jī)械能為電能的壓電 振子，所述的電源接口電路包括壓電供能電路和充放電管理電路，所述的太陽能光伏電池 通過所述的充放電管理電路與所述的蓄電池連接，所述的壓電振子通過所述的壓電供能電 路與所述的蓄電池連接，所述的蓄電池分別與所述的傳感器、所述的濾波放大電路、所述的 信號(hào)處理電路和所述的無線通訊電路連接。所述的壓電振子包括一個(gè)質(zhì)量塊和至少一個(gè)壓電組件，所述的壓電組件包括固定 塊和基片，所述的基片上設(shè)置有壓電片。所述的基片沿軸向的寬度相等，為等面積梁式壓電振子。所述的基片沿軸向的寬度呈棱形變化，為等強(qiáng)度梁式壓電振子。所述的壓電片的材料為PZT壓電陶瓷，所述的基片的材料為鈹青銅。所述的充放電管理電路包括第一保險(xiǎn)絲、第二保險(xiǎn)絲、第一電阻、第二電阻、第三 電阻、第四電阻、第五電阻、第一電容、第二電容、第一三極管、第一穩(wěn)壓二極管、第一發(fā)光二 極管、第一電位器和型號(hào)為BQ2057的太陽能充電控制芯片，所述的太陽能光伏電池的一端 接地，所述的太陽能光伏電池的另一端通過所述的第一保險(xiǎn)絲后第一路經(jīng)過所述的第一電 容與地連接，第二路同時(shí)與所述的太陽能充電控制芯片的第三端和第八端連接，第三路經(jīng) 過所述的第一電阻后與所述的第一三極管的發(fā)射極和所述的太陽能充電控制芯片的第一 端連接，所述的第一三極管的基極通過所述的第二電阻與所述的太陽能充電控制芯片的第 七端連接，所述的太陽能充電控制芯片的第六端接地，所述的第一三極管的集電極與所述 的第一穩(wěn)壓二極管的負(fù)極連接，所述的第一穩(wěn)壓二極管的正極第一路通過所述的第二保險(xiǎn) 絲與所述的蓄電池的正極連接，第二路與所述的太陽能充電控制芯片的第二端連接，第三 路通過所述的第二電容接地，所述的太陽能充電控制芯片的第五端通過所述的第一發(fā)光二 極管和所述的第三電阻接地，所述的太陽能充電控制芯片的第四端第一路通過所述的電位 器與所述的蓄電池的負(fù)極并接于地，第二路通過所述的第五電阻接地，所述的第四電阻跨 接在所述的太陽能充電控制芯片的第八端和第四端之間。所述的壓電供能電路包括橋式整流電路及第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電 阻、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第三電容、第四電容、第五電容、第六電容、第二三 極管、第二穩(wěn)壓二極管、第一場效應(yīng)管和型號(hào)為MAX666的第一集成電路芯片，所述的壓電 振子的兩端與所述的橋式整流電路的第1端和第3端連接，所述的橋式整流電路的第2端 分別與所述的第六電阻的一端、所述的第九電阻的一端、所述的第三電容的一端、所述的第 四電容的一端及所述的第一集成電路芯片的第8端連接，所述的第三電容的另一端分別與 所述的第七電阻的一端、所述的第二穩(wěn)壓管的負(fù)端、所述的橋式整流電路的第4端及所述 的場效應(yīng)管的源極連接，所述的第六電阻的另一端分別與所述的第五電容的一端及所述的 第二三極管的發(fā)射極連接，所述的第七電阻的另一端分別與所述的第二三極管的集電極及 所述的第一場效應(yīng)管的柵極連接，所述的第二三極管的基極分別與第八電阻的一端及所述 的第二穩(wěn)壓管的正端連接，所述的第五電容的另一端分別與所述的第一集成電路芯片的第7端及所述的第十二電阻的一端連接，所述的第十二電阻的另一端分別與所述的第一集成 電路芯片的第1 2端、所述的第十電阻的一端及所述的第六電容的一端并接于所述的蓄 電池的正極，所述的第十電阻的另一端分別與所述的第一集成電路芯片的第3端及所述的 第十一電阻的一端連接，所述的第八電阻的另一端、所述的第九電阻的另一端、所述的第四 電容的另一端、所述的第一集成電路芯片的第4 6端、所述的第十一電阻的另一端及所述 的第六電容的另一端并接于地。所述的壓電供能電路包括包括型號(hào)為DF005S的整流芯片、型號(hào)為TPS62200的電 壓轉(zhuǎn)換芯片、第十三電阻、第十四電阻、第七電容、第八電容、第九電容、第十電容和電感線 圈，所述的壓電振子的兩端與所述的整流芯片的輸入端連接，所述的整流芯片的兩個(gè)輸出 端中的一個(gè)輸出端與所述的電壓轉(zhuǎn)換芯片的Vl端和EN端連接，所述的整流芯片的兩個(gè)輸 出端中的另一個(gè)輸出端與所述的電壓轉(zhuǎn)換芯片的GND端接地，所述的第七電容和所述的第 八電容跨接在所述的整流芯片的兩個(gè)輸出端之間，所述的電壓轉(zhuǎn)換芯片的SW端與所述的 電感線圈的一端連接，所述的電感線圈的另一端分別與所述的第十三電阻的一端、所述的 第九電容的一端及所述的第十電容的一端并接于所述的蓄電池的正極，所述的第十三電阻 的另一端分別與所述的第九電容的另一端、所述的電壓轉(zhuǎn)換芯片的FB端及所述的第十四 電阻的一端連接，所述的第十四電阻的另一端與所述的第十電容的另一端并接于地。所述的電源接口電路設(shè)置有蓄電池保護(hù)電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用了蓄電池、太陽能供電與壓電材料發(fā)電 三種供電方式。通過多種途徑收集能量，將機(jī)械能和太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并把多余的電能在 蓄電池中存儲(chǔ)起來，通過電源接口電路對產(chǎn)生的電流電壓進(jìn)行整流和電壓變換，通過自供 電的方法來最大化的延長無線傳感器節(jié)點(diǎn)的使用壽命，減小維護(hù)工作量。本發(fā)明充分利用 了監(jiān)測對象本身是一個(gè)振動(dòng)體的特點(diǎn)，通過設(shè)置一個(gè)壓電振子和壓電供能電路一起構(gòu)成了 壓電發(fā)電系統(tǒng)，可以保證在任何的氣候條件下對傳感器的不間斷供電。本發(fā)明的太陽能光伏電源系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)以太陽能為能量來源，轉(zhuǎn)化為電能，延長傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用壽命；(2)成本低、能量密度大、體積較??；(3)當(dāng)足夠?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)提供電能時(shí)，同時(shí)可以為自帶的蓄電池充電；(4)充放電管理電路的應(yīng)用，使系統(tǒng)運(yùn)行更加安全穩(wěn)定、便捷。太陽能充電控制芯片使用了 BQ2057，電池的保護(hù)芯片使用了 MAX1665。本發(fā)明中的壓電發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)有(1)采用了等強(qiáng)度梁式或等面積梁式的壓電振子，基片使用鈹青銅材料，彈性大， 可以提高壓電片的效率；(2)采用多片壓電片連接結(jié)構(gòu)，壓電片之間通過并聯(lián)方式進(jìn)行電路連接，電壓與單 片壓電片的電壓相同，發(fā)電量增大為原來的幾倍；多片壓電振子的聯(lián)接方式為使發(fā)電裝置在較小的激勵(lì)強(qiáng)度、較寬的頻率范圍內(nèi)具 有較強(qiáng)的發(fā)電能力。


圖1是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的電源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例一的壓電振子的機(jī)械機(jī)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例二的壓電振子的機(jī)械機(jī)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明充放電管理電路原理圖；圖7是本發(fā)明的蓄電池保護(hù)電路原理圖；圖8是本發(fā)明的無線通訊電路的電路原理圖；圖9是本發(fā)明濾波放大電路的電路原理圖；圖10本發(fā)明信號(hào)處理電路原理圖；圖11是本發(fā)明的實(shí)施例一的壓電供能電路原理圖；圖12是本發(fā)明的實(shí)施例二的壓電供能電路原理圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例一一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置，包括傳感組件10 和電源裝置5，傳感組件10包括傳感器1、信號(hào)處理電路2、濾波放大電路3和無線通訊電路 4，電源裝置5包括蓄電池51、電源接口電路52、轉(zhuǎn)化光能為電能的太陽能光伏電池53和轉(zhuǎn) 化機(jī)械能為電能的壓電振子54，電源接口 52電路包括壓電供能電路521和充放電管理電路 522，蓄電池51分別與傳感器1、信號(hào)處理電路2、濾波放大電路3和無線通訊電路4連接。 壓電振子54包括一個(gè)質(zhì)量塊541、二個(gè)固定塊542和二個(gè)基片543，兩個(gè)基片543之間通過 一個(gè)固定塊542相互連接，質(zhì)量塊541和一個(gè)固定塊542分別設(shè)置在壓電振子54的兩側(cè)， 基片543上設(shè)置有壓電片544，壓電片544的材料為PZT壓電陶瓷，基片543的材料為鈹青 銅，基片543沿軸向的寬度相等，為等面積梁式壓電振子。充放電管理電路522包括第一保險(xiǎn)絲F1、第二保險(xiǎn)絲F2、第一電阻R1、第二電阻R2、 第三電阻民、第四電阻R4、第五電阻R5、第一電容C1、第二電容C2、第一三極管Q1、第一穩(wěn)壓二 極管D1、第一發(fā)光二極管LED1、第一電位器TR1和型號(hào)為BQ2057的太陽能充電控制芯片U1, 太陽能光伏電池53的一端接地，太陽能光伏電池53的另一端通過第一保險(xiǎn)絲F1后第一路 經(jīng)過第一電容C1與地連接，第二路同時(shí)與太陽能充電控制芯片U1的第三端和第八端連接， 第三路經(jīng)過第一電阻R1后與第一三極管Q1的發(fā)射極和太陽能充電控制芯片U1的第一端連 接，第一三極管Q1的基極通過第二電阻R2與太陽能充電控制芯片U1的第七端連接，太陽能 充電控制芯片U1的第六端接地，第一三極管Q1的集電極與第一穩(wěn)壓二極管D1的負(fù)極連接， 第一穩(wěn)壓二極管D1的正極第一路通過第二保險(xiǎn)絲F2與蓄電池51的正極連接，第二路與太 陽能充電控制芯片U1的第二端連接，第三路通過第二電容C2接地，太陽能充電控制芯片U1 的第五端通過第一發(fā)光二極管D1和第三電阻R3接地，太陽能充電控制芯片U1的第四端第 一路通過電位器TR1與蓄電池51的負(fù)極并接于地，第二路通過第五電阻R5接地，第四電阻 R4跨接在太陽能充電控制芯片U1的第八端和第四端之間。壓電供能電路521包括橋式整流電路B1及第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、 第九電阻&、第十電阻Rltl、第十一電阻Rn、第十二電阻R12、第三電容C3、第四電容C4、第五電 容C5、第六電容C6、第二三極管Q2、第二穩(wěn)壓二極管D2、第一場效應(yīng)管Q3和型號(hào)為MAX666的第一集成電路芯片U2，壓電振子54的兩端與橋式整流電路B1的第1端和第3端連接，橋式 整流電路B1的第2端分別與第六電阻R6的一端、第九電阻R9的一端、第三電容C3的一端、 第四電容C4的一端及第一集成電路芯片U2的第8端連接，第三電容C3的另一端分別與第 七電阻R7的一端、第二穩(wěn)壓管D2的負(fù)端、橋式整流電路B1的第4端及第一場效應(yīng)管Q3的源 極連接，第六電阻R6的另一端分別與第五電容C5的一端及第二三極管Q2的發(fā)射極連接，第 七電阻R7的另一端分別與第二三極管Q2的集電極及第一場效應(yīng)管Q3的柵極連接，第二三 極管Q2的基極分別與第八電阻R8的一端及第二穩(wěn)壓管D2的正端連接，第五電容C5的另一 端分別與第一集成電路芯片U2的第7端及第十二電阻R12的一端連接，第十二電阻R12的另 一端分別與第一集成電路芯片U2的第1 2端、第十電阻Rltl的一端及第六電容C6的一端 并接于蓄電池51的正極，第十電阻Rltl的另一端分別與第一集成電路芯片U2的第3端及第 十一電阻R11的一端連接，第八電阻R8的另一端、第九電阻R9的另一端、第四電容C4的另一 端、第一場效應(yīng)管Q3的漏極、第一集成電路芯片U2的第4 6端、第十一電阻R11的另一端 及第六電容C6的另一端與蓄電池51的負(fù)極并接于地。電源接口電路52設(shè)置有蓄電池保護(hù)電路523。本發(fā)明的工作原理是1、將太陽能光伏電池53、蓄電池51通過電源線分別連接到電源接口電路52上。在 有效光照的作用下，太陽能光伏電池53將光能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過電源接口電路52對電壓、 電流進(jìn)行調(diào)理后為整個(gè)傳感器裝置供電，同時(shí)多余的電能會(huì)存儲(chǔ)到蓄電池51之中。2、將基片543通過固定塊542連接在一起，通過固定在基片543上的質(zhì)量塊541拾 取振動(dòng)，在壓電振子54上產(chǎn)生應(yīng)變，并使壓電片544產(chǎn)生電能。然后，由電源接口電路52進(jìn) 行整流、電壓變換等處理，為整個(gè)傳感器裝置供電，同時(shí)多余的電能會(huì)存儲(chǔ)到蓄電池51之 中。3、信號(hào)處理電路2控制整個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，一方面，傳感器1測量物理量并將其 轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過傳感器1上的濾波放大電路3處理后，傳送到信號(hào)處理電路2對信號(hào)進(jìn) 行處理，另一方面，當(dāng)信號(hào)初步的處理完成以后，數(shù)字化的信號(hào)被傳送到無線通訊電路4，在 信號(hào)處理電路2的控制下，由無線通訊電路4將信號(hào)進(jìn)行編碼后經(jīng)由天線發(fā)送出去。實(shí)施例二 其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同，但壓電振子54和壓電供能電路521與實(shí)施 例一不同，壓電振子54包括一個(gè)質(zhì)量塊541、一個(gè)固定塊542和一個(gè)基片543，質(zhì)量塊541 和固定塊542分別設(shè)置在壓電振子的兩側(cè)，基片543上設(shè)置有壓電片544，其中基片543沿 軸向的寬度呈棱形變化，為等強(qiáng)度梁式壓電振子；而壓電供能電路521包括型號(hào)為DF005S 的整流芯片U3、型號(hào)為TPS62200的電壓轉(zhuǎn)換芯片U4、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第七電 容C7、第八電容C8、第九電容C9、第十電容Cltl和電感線圈L，壓電振子54的兩端與整流芯片 U3的輸入端連接，整流芯片U3的兩個(gè)輸出端中的一個(gè)輸出端與電壓轉(zhuǎn)換芯片U4的Vl端和 EN端連接，整流芯片U3的兩個(gè)輸出端中的另一個(gè)輸出端與電壓轉(zhuǎn)換芯片U4WGND端接地， 第七電容C7和第八電容C8跨接在整流芯片U3的兩個(gè)輸出端之間，電壓轉(zhuǎn)換芯片U4的SW端 與電感線圈L的一端連接，電感線圈L的另一端分別與第十三電阻R13的一端、第九電容C9 的一端及第十電容Cltl的一端并接于蓄電池51的正極，第十三電阻R13的另一端分別與第九 電容C9的另一端、電壓轉(zhuǎn)換芯片U4的FB端及第十四電阻R14的一端連接，第十四電阻R14的 另一端與第十電容Cltl的另一端并接于地。
權(quán)利要求
一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置，包括傳感組件和給所述的傳感組件供電的電源裝置，其特征在于所述的傳感組件包括傳感器、濾波放大電路、信號(hào)處理電路和無線通訊電路，所述的電源裝置包括蓄電池、電源接口電路、轉(zhuǎn)化光能為電能的太陽能光伏電池和轉(zhuǎn)化機(jī)械能為電能的壓電振子，所述的電源接口電路包括壓電供能電路和充放電管理電路，所述的太陽能光伏電池通過所述的充放電管理電路與所述的蓄電池連接，所述的壓電振子通過所述的壓電供能電路與所述的蓄電池連接，所述的蓄電池分別與所述的傳感器、所述的濾波放大電路、所述的信號(hào)處理電路和所述的無線通訊電路連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置，其特征在 于所述的壓電振子包括一個(gè)質(zhì)量塊和至少一個(gè)壓電組件，所述的壓電組件包括固定塊和基 片，所述的基片上設(shè)置有壓電片。
3.如權(quán)利要求2所述的一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置，其特征在 于所述的基片沿軸向的寬度相等。
4.如權(quán)利要求2所述的一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置，其特征在 于所述的基片沿軸向的寬度呈棱形變化。
5.如權(quán)利要求2所述的一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置，其特征在 于所述的壓電片的材料為PZT壓電陶瓷，所述的基片的材料為鈹青銅。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置，其特征在 于所述的充放電管理電路包括第一保險(xiǎn)絲、第二保險(xiǎn)絲、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第 四電阻、第五電阻、第一電容、第二電容、第一三極管、第一穩(wěn)壓二極管、第一發(fā)光二極管、第 一電位器和型號(hào)為BQ2057的太陽能充電控制芯片，所述的太陽能光伏電池的一端接地，所 述的太陽能光伏電池的另一端通過所述的第一保險(xiǎn)絲后第一路經(jīng)過所述的第一電容與地 連接，第二路同時(shí)與所述的太陽能充電控制芯片的第三端和第八端連接，第三路經(jīng)過所述 的第一電阻后與所述的第一三極管的發(fā)射極和所述的太陽能充電控制芯片的第一端連接， 所述的第一三極管的基極通過所述的第二電阻與所述的太陽能充電控制芯片的第七端連 接，所述的太陽能充電控制芯片的第六端接地，所述的第一三極管的集電極與所述的第一 穩(wěn)壓二極管的負(fù)極連接，所述的第一穩(wěn)壓二極管的正極第一路通過所述的第二保險(xiǎn)絲與所 述的蓄電池的正極連接，第二路與所述的太陽能充電控制芯片的第二端連接，第三路通過 所述的第二電容接地，所述的太陽能充電控制芯片的第五端通過所述的第一發(fā)光二極管和 所述的第三電阻接地，所述的太陽能充電控制芯片的第四端第一路通過所述的電位器與所 述的蓄電池的負(fù)極并接于地，第二路通過所述的第五電阻接地，所述的第四電阻跨接在所 述的太陽能充電控制芯片的第八端和第四端之間。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置，其特征在 于所述的壓電供能電路包括橋式整流電路及第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第 十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第三電容、第四電容、第五電容、第六電容、第二三極管、 第二穩(wěn)壓二極管、第一場效應(yīng)管和型號(hào)為MAX666的第一集成電路芯片，所述的壓電振子的 兩端與所述的橋式整流電路的第1端和第3端連接，所述的橋式整流電路的第2端分別與 所述的第六電阻的一端、所述的第九電阻的一端、所述的第三電容的一端、所述的第四電容 的一端及所述的第一集成電路芯片的第8端連接，所述的第三電容的另一端分別與所述的 第七電阻的一端、所述的第二穩(wěn)壓管的負(fù)端、所述的橋式整流電路的第4端及所述的場效應(yīng)管的源極連接，所述的第六電阻的另一端分別與所述的第五電容的一端及所述的第二三 極管的發(fā)射極連接，所述的第七電阻的另一端分別與所述的第二三極管的集電極及所述的 第一場效應(yīng)管的柵極連接，所述的第二三極管的基極分別與第八電阻的一端及所述的第二 穩(wěn)壓管的正端連接，所述的第五電容的另一端分別與所述的第一集成電路芯片的第7端及 所述的第十二電阻的一端連接，所述的第十二電阻的另一端分別與所述的第一集成電路芯 片的第1 2端、所述的第十電阻的一端及所述的第六電容的一端并接于所述的蓄電池的 正極，所述的第十電阻的另一端分別與所述的第一集成電路芯片的第3端及所述的第十一 電阻的一端連接，所述的第八電阻的另一端、所述的第九電阻的另一端、所述的第四電容的 另一端、所述的第一集成電路芯片的第4 6端、所述的第十一電阻的另一端及所述的第六 電容的另一端并接于地。
8.如權(quán)利要求1所述的一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置，其特征在 于所述的壓電供能電路包括包括型號(hào)為DF005S的整流芯片、型號(hào)為TPS62200的電壓轉(zhuǎn)換 芯片、第十三電阻、第十四電阻、第七電容、第八電容、第九電容、第十電容和電感線圈，所述 的壓電振子的兩端與所述的整流芯片的輸入端連接，所述的整流芯片的兩個(gè)輸出端中的一 個(gè)輸出端與所述的電壓轉(zhuǎn)換芯片的Vl端和EN端連接，所述的整流芯片的兩個(gè)輸出端中的 另一個(gè)輸出端與所述的電壓轉(zhuǎn)換芯片的GND端接地，所述的第七電容和所述的第八電容跨 接在所述的整流芯片的兩個(gè)輸出端之間，所述的電壓轉(zhuǎn)換芯片的SW端與所述的電感線圈 的一端連接，所述的電感線圈的另一端分別與所述的第十三電阻的一端、所述的第九電容 的一端及所述的第十電容的一端并接于所述的蓄電池的正極，所述的第十三電阻的另一端 分別與所述的第九電容的另一端、所述的電壓轉(zhuǎn)換芯片的FB端及所述的第十四電阻的一 端連接，所述的第十四電阻的另一端與所述的第十電容的另一端并接于地。
9.如權(quán)利要求1所述的一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置，其特征在 于所述的電源接口電路設(shè)置有蓄電池保護(hù)電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的無線傳感器裝置，包括傳感組件和給傳感組件供電的電源裝置，特點(diǎn)是傳感組件包括傳感器、濾波放大電路、信號(hào)處理電路和無線通訊電路，電源裝置包括蓄電池、電源接口電路、轉(zhuǎn)化光能為電能的太陽能光伏電池和轉(zhuǎn)化機(jī)械能為電能的壓電振子，電源接口電路包括壓電供能電路和充放電管理電路，太陽能光伏電池通過充放電管理電路與蓄電池連接，壓電振子通過壓電供能電路與蓄電池連接，蓄電池分別與傳感器、濾波放大電路、信號(hào)處理電路和無線通訊電路連接，優(yōu)點(diǎn)在于采用了蓄電池、太陽能供電與壓電材料發(fā)電三種供電方式，通過多種途徑收集能量，將機(jī)械能和太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并把多余的電能在蓄電池中存儲(chǔ)起來。
文檔編號(hào)H02N6/00GK101917031SQ20101022956
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者冷志鵬, 李宏偉 申請人:寧波杉工結(jié)構(gòu)監(jiān)測與控制工程中心有限公司