一種用于結構長期監(jiān)測的傳感器能量供給裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于建筑結構監(jiān)測領域，涉及到采用太陽能、風能、振動機械能對傳感器進行能量供給的裝置。
【背景技術】
[0002]土木工程建筑物在長期的運營過程中，受到風荷載、環(huán)境侵蝕、人工荷載等各種外界荷載綜合作用下，會導致建筑物一定程度的損傷，這些損傷如不及時發(fā)現，積累的損傷會降低建筑物抵抗外界荷載的能力，從而會影響建筑物的安全運營。為了評價建筑物的健康狀況，需對建筑物進行健康監(jiān)測。
[0003]傳統的健康監(jiān)測方法是采用有線傳感器，利用線纜將傳感器的數據信息傳輸給數據接收基站。然而，有線傳感器的線纜布設距離長，布設線纜量大，會耗費大量的物力人力。無線技術可以解決線纜布設問題，具有安裝方便，組網也方便，無需布設大量線纜等特點，因此，有廣闊的應用前景。
[0004]無線技術通常均采用電池來供電，然而監(jiān)測建筑物時，通常布設傳感器節(jié)點多，數據傳輸大，采用電池供電難以滿足監(jiān)測時的能量需求，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。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是對建筑結構進行持久監(jiān)測，重點是解決如何對能量持續(xù)供給的問題。
[0006]本實用新型所提供的技術方案是:開發(fā)出一種持久的能量供給裝置，此裝置可以將太陽能、風能、振動機械能相結合來轉換為電能，從而達到持久供電的目的。
[0007]—種用于結構長期監(jiān)測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、風力發(fā)電機6、永磁體7、彈簧11、線圈繞組8、能量收集及功率調節(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，產生太陽能；太陽能板正面I與水平壓電桿3側表面夾角小于90度，以便在風力作用下，太陽能板及水平壓電桿能夠繞其中心交點旋轉；豎直壓電桿與水平壓電桿固定連接在一起；太陽能板在風激勵或者振動下，水平壓電桿會彎曲變形產生壓電電能，水平壓電桿會帶動豎直壓電桿彎曲變形，從而使豎直壓電桿產生壓電電能；
[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與風力發(fā)電機6連接；風力發(fā)電機6與永磁體7連接；永磁體7與彈簧11連接，豎直壓電桿的振動會帶動永磁體的振動，同時環(huán)境的振動會通過彈簧帶動永磁體的振動；彈簧11與保護外殼9底部連接；永磁體7四周纏繞線圈繞組8 ;線圈繞組8通過上下非導磁連接件10固定于保護外殼9的上下內表面，從而使永磁體可以在線圈繞組中運動，通過電磁感應方式供電；通過能量收集及功率調節(jié)電路可將太陽能、風能、機械振動能(壓電能與永磁體振動能)收集起來，并調整功率，以存儲于蓄電池中，從而便于建筑長期監(jiān)測的持久供電。
[0010]永磁體7的振動在線圈繞組8中產生的電能通過導線12連接能量收集及功率調節(jié)電路14中；太陽能板I產生的太陽能與水平壓電桿3和豎直壓電桿4產生的壓電能通過電能收集導線13連接于能量收集及功率調節(jié)電路14中；同時電能收集導線13將風力發(fā)電機6產生的電能傳輸給能量收集及功率調節(jié)電路14中；能量收集及功率調節(jié)電路14通過調整及控制，將收集到的電能存儲于蓄電池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]本實用新型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，采用光伏供電原理、壓電供電原理、電磁感應供電原理(包括風力發(fā)電原理)，將太陽能、風能、環(huán)境振動等能量形式收集并存儲，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備，達到持久供電的目的，有利于建筑結構的長期監(jiān)測。另外，太陽能板不僅收集太陽能，又作為風力發(fā)電的葉片和壓電桿桿端的集中質量，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，6風力發(fā)電機，7永磁體，8線圈繞組，9保護外殼，10非導磁連接件，11彈簧，12電磁感應電能收集導線，13電能收集導線，14能量收集及功率調節(jié)電路，15蓄電池，16耗電裝置，17水平壓電桿中間金屬層，18水平壓電桿兩側壓電層，19豎直壓電桿外圍壓電層，20中心金屬桿。
【具體實施方式】
[0016]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本實用新型的【具體實施方式】。
[0017]—種用于結構長期監(jiān)測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與風力發(fā)電機6相連接；風力發(fā)電機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通過上下非導磁連接件10固定于保護外殼9的上下內表面。
[0019]永磁體7的振動在線圈繞組8中產生的電能通過導線12連接于能量收集及功率調節(jié)電路14中；太陽能板I產生的太陽能與水平壓電桿3和豎直壓電桿4產生的壓電能通過電能收集導線13連接于能量收集及功率調節(jié)電路14中；同時導線13也將風力發(fā)電機6產生的電能傳輸給電路14中；電路14通過調整及控制，將收集到的電能存儲于蓄電池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。
【主權項】
1.一種用于結構長期監(jiān)測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、風力發(fā)電機、永磁體、彈簧、線圈繞組、能量收集及功率調節(jié)電路和蓄電池； 四根水平壓電桿的一端分別與四個太陽能板背面連接，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；豎直壓電桿與風力發(fā)電機連接，風力發(fā)電機與永磁體連接，永磁體與彈簧連接，彈簧與保護外殼底部連接；永磁體四周纏繞線圈繞組，線圈繞組通過上下非導磁連接件固定于保護外殼的上下內表面； 永磁體的振動在線圈繞組中產生的電能通過導線連接能量收集及功率調節(jié)電路中；太陽能板產生的太陽能與水平壓電桿和豎直壓電桿產生的壓電能通過電能收集導線連接于能量收集及功率調節(jié)電路中；同時電能收集導線將風力發(fā)電機產生的電能傳輸給能量收集及功率調節(jié)電路中；能量收集及功率調節(jié)電路通過調整及控制，將收集到的電能存儲于蓄電池中，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】本實用新型提供了一種用于結構長期監(jiān)測的傳感器能量供給裝置，屬于土木結構監(jiān)測領域。本實用新型裝置利用太陽能板、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、電磁感應供電原理包括風力發(fā)電原理將太陽能、風能、環(huán)境振動等能量形式收集并存儲，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備，達到持久供電的目的，有利于建筑結構的長期監(jiān)測。太陽能板不僅收集太陽能，又作為風力發(fā)電的葉片和壓電桿桿端的集中質量，從而減小裝置占用空間，提高能源采集利用效率。
【IPC分類】H02N2/18, H02S10/20, H02S10/12
【公開號】CN204886745
【申請?zhí)枴緾N201520691968
【發(fā)明人】曲春緒, 伊廷華, 李宏男
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月7日