基于哈尔巴赫阵列的拖拉机摇摆桥自供电振动测量装置

1.本实用新型属于自供能式传感器技术领域，涉及一种基于哈尔巴赫阵列的拖拉机摇摆桥自供电振动测量装置。


背景技术：

2.目前，市面上大多数传感器成本较高，装配工艺复杂，同时考虑到田间环境的特殊性和传感器电力的持续性需求，这对其供电方式提出了新的要求：一种能够适应于田间环境并且通过能量转换来驱动加速度传感器的能量采集装置，实现能量自供给。因此亟需研发一种可靠的自供电设备来实现对农用机械的实时监测，这逐渐成为该领域和未来的主要研究方向之一。
3.众所周知，风能、太阳能、机械能是自然中蕴现的丰富能源，我们可以利用能量收集器将这些能量产生的机械能转换为驱动小型加速度传感器的电能，进而制造出自供能的振动测量装置。因此，从环境中收集能量来满足小型电子器件的供电需求成为迫切和具有挑战性的课题。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种基于哈尔巴赫阵列的拖拉机摇摆桥自供电振动测量装置，通过拖拉机正常工作时前桥具有微小摆动的特性，结合齿轮增速机构，设计了一种通过回转运动获取能量的电磁式能量采集器，同时集成封装升压转换电路和低功耗三轴加速度传感器，实现了三轴加速度传感器的自供电运行和振动参数的实时监测。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
6.一种基于哈尔巴赫阵列的拖拉机摇摆桥自供电振动测量装置，包括三轴加速度传感器1、升压转换电路2、能量采集器10、齿轮增速机构5和箱体。
7.所述三轴加速度传感器1固定在拖拉机摇摆桥与拖拉机前轮轮毂连接处需测量的振动部位；所述能量采集器10和齿轮增速机构5安装在箱体内；所述箱体安装于拖拉机车架上。
8.所述能量采集器10包括转子8、定子12、采集器外壳9和壳盖7；所述定子12固接在采集器外壳9的内壁上，转子8置于定子12的内部，壳盖7与采集器外壳9固接，转子8的转子轴13从壳盖7穿出。
9.所述转子8为圆柱形结构，其外部沿圆周方向开有12个凹槽，每个凹槽装有磁铁，所述磁铁按照哈尔巴赫阵列布置。
10.所述齿轮增速机构5的转动输入轴11通过联轴器与拖拉机摇摆桥转轴固接，齿轮增速机构5的输出轴与能量采集器10的转子8的转子轴13同轴固接；能量采集器10通过升压转换电路2与三轴加速度传感器1连接，为三轴加速度传感器1提供电能。
11.所述箱体包括箱体上盖3和箱体外壳6。
12.所述箱体通过强力磁铁4吸附于拖拉机车架上；
13.所述转子8的磁铁的材质为汝铁硼。
14.所述定子12由机座、定子铁芯、线圈组成。所述定子铁芯与机座固接，所述定子铁芯为叠片硅钢，定子槽数为九槽，采用单层链式绕线方法将线圈缠绕于定子铁芯上，匝数为60匝。
15.所述齿轮增速机构5的输出轴与能量采集器10的转子8的转子轴13为一体轴。
16.所述齿轮增速机构5为三级齿轮增速器，其由三个齿轮啮合传动组装而成。
17.所述齿轮增速机构5的传动比为1:42。
18.所述升压转换电路2由整流电路和升压电路组成，所述整流电路为三相桥式全波整流电路，整流电路的输入端与能量采集器10的输出端连接，整流电路的输出端与升压电路的输入端连接，所述升压电路的输出端与三轴加速度传感器1连接，为三轴加速度传感器1提供3.3v直流电能。
19.所述三轴加速度传感器1内置无线输出模块，用于将三轴加速度传感器1采集的信号发送至匹配的接收器。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
21.本实用新型的基于哈尔巴赫阵列的拖拉机摇摆桥自供电振动测量装置，可以长期、稳定地为三轴加速度传感器输入能量，无需使用化学电池，实现了农业装备绿色化，并且三轴加速度传感器内置了无线输出模块，通过蓝牙连接手机app，能对拖拉机的振动状况进行实时监测，减少了空间和时间限制，也使得测量结果更加简洁。本实用新型具有结构简单、稳定性强、安装方便、易于实现、实时传输等特点。
附图说明
22.图1为本实用新型的基于哈尔巴赫阵列的拖拉机摇摆桥自供电振动测量装置的分解结构示意图；
23.图2为本实用新型的基于哈尔巴赫阵列的拖拉机摇摆桥自供电振动测量装置的整体装配示意图；
24.图3为齿轮增速机构5和能量采集器10的连接示意图；
25.图4为能量采集器10的分解结构示意图；
26.图5为能量采集器10的整体装配示意图；
27.图6为本实用新型的基于哈尔巴赫阵列的拖拉机摇摆桥自供电振动测量装置在拖拉机上的安装方式示意图。
28.其中的附图标记为：
29.1、三轴加速度传感器
30.2、升压转换电路
31.3、箱体上盖
32.4、强力磁铁
33.5、齿轮增速机构
34.6、箱体外壳
35.7、壳盖
36.8、转子
37.9、采集器外壳
38.10、能量采集器
39.11、转动输入轴
40.12、定子
41.13、转子轴
具体实施方式
42.下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。
43.如图1、图2和图3所示，一种基于哈尔巴赫阵列的拖拉机摇摆桥自供电振动测量装置，包括三轴加速度传感器1、升压转换电路2、能量采集器10、齿轮增速机构5和箱体；
44.所述三轴加速度传感器1固定在拖拉机摇摆桥(前桥)与拖拉机前轮轮毂连接处需测量的振动部位；所述能量采集器10和齿轮增速机构5安装在箱体内。所述箱体包括箱体上盖3和箱体外壳6。所述箱体通过强力磁铁4吸附于拖拉机车架上。
45.如图4和图5所示，所述能量采集器10包括转子8、定子12、采集器外壳9和壳盖7；所述定子12固接在采集器外壳9的内壁上，转子8置于定子12的内部，壳盖7与采集器外壳9固接，转子8的转子轴13从壳盖7穿出。
46.所述转子8为圆柱形结构，其外部沿圆周方向开有12个凹槽，每个凹槽装有磁铁，所述磁铁按照哈尔巴赫阵列布置，增强能量采集器10在低速状态下的取能效果。
47.所述齿轮增速机构5的转动输入轴11通过联轴器与拖拉机摇摆桥转轴固接，齿轮增速机构5的输出轴与能量采集器10的转子8的转子轴13同轴固接；能量采集器10通过升压转换电路2与三轴加速度传感器1连接，为三轴加速度传感器1提供电能。
48.所述转子8的磁铁的材质为汝铁硼。
49.所述定子12由机座、定子铁芯、线圈组成。所述定子铁芯与机座固接，所述定子铁芯为叠片硅钢，定子槽数为九槽，采用单层链式绕线方法将线圈缠绕于定子铁芯上，匝数为60匝。
50.所述齿轮增速机构5的输出轴与能量采集器10的转子8的转子轴13为一体轴。
51.所述齿轮增速机构5为三级齿轮增速器，其由三个齿轮啮合传动组装而成。齿轮增速机构5的传动比为1:42。
52.所述升压转换电路2由整流电路和升压电路组成，所述整流电路为三相桥式全波整流电路，整流电路的输入端与能量采集器10的输出端连接，整流电路的输出端与升压电路的输入端连接，所述升压电路的输出端与三轴加速度传感器1连接，为三轴加速度传感器1提供3.3v直流电能。本实用新型中所用升压电路为德州仪器ti公司的bq25570升压转换器。
53.所述三轴加速度传感器1内置无线输出模块，用于将三轴加速度传感器1采集的信号发送至匹配的接收器。
54.所述三轴加速度传感器1选用意法半导体公司的超低功耗高性能“三轴”纳米加速度传感器lis3dh，该加速度传感器有超低功耗操作模式，支持高级节能和智能嵌入式功能。
55.如图6所示，本实用新型的基于哈尔巴赫阵列的拖拉机摇摆桥自供电振动测量装
置通过强力磁铁4吸附于拖拉机车架上，齿轮增速机构5的转动输入轴11通过联轴器与拖拉机摇摆桥转轴固接，摇摆桥转轴转速经过齿轮增速机构5放大后驱动能量采集器10的转子8快速转动，能量采集器10产生的电能经升压转换电路2为三轴加速度传感器1供能，实现自发电、储能、振动测量等功能为一体的自供电振动测量装置。