一种用于摩擦纳米发电机的海洋波浪能收集测试平台的制作方法

本发明涉及摩擦纳米发电领域的一种海洋波浪能收集测试平台。

背景技术：

1、波浪能作为一种广泛存在的海洋蓝色能源，若能充分收集并利用，足以保证智能浮标、潜标等海洋信息节点的工作所需。目前国内外在波浪能收集与转化领域的发展主要以技术开发和验证为主，现阶段波浪能转化主要依赖于电磁发电机，其主要技术路径是将波浪能量捕获为发电装置的机械能，经过传动模块的调理后传递给电磁发电模块发电。此路径技术较为复杂、整体效率较低、维护和运行成本高、装置的可靠性难以保证，制约着海洋能的大规模开发利用。近年来新兴的摩擦纳米发电机(teng)恰恰在低频、高熵能量收集上具有显著优势，提供了波浪能高效开发利用的一种颠覆性技术路径，可作为对现有技术的重要补充。

2、当前国内外已完成波浪能摩擦纳米发电的原理验证，已在波浪能纳米发电机的结构设计与性能优化、单元的网络连接与系统集成、发电机及其网络的能量管理、海洋环境的自驱动系统应用等方面取得较大的进展。但是，该方向的研究仍处于基础的阶段，存在部分科学问题和关键技术问题亟待解决，特别是在器件输出性能、耐久性提升及能量管理等方面需要大量的海上试验。在海上试验方面，需要有针对性的海上测试平台，能够实现长期可靠的海上波浪能收集测试，同时能够实现摩擦纳米发电机性能监测、能够将数据实时返回岸站等功能，目前这方面的测试平台欠缺，无法满足纳米摩擦发电机长时间的海上测试需求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于摩擦纳米发电机海洋波浪能收集测试的平台，该平台具备为摩擦纳米发电机提供安装、监测发电能力等功能，同时该平台具有现场环境感知、远程数据传输等能力。为摩擦纳米发电机输出性能、耐久性提升及能量管理等方面提供试验平台。

2、本发明所采用的技术方案是：一种用于摩擦纳米发电机的海洋波量能收集测试平台，包括：海上测试平台、摩擦纳米发电机、浮球、锚块、锚链和岸基监测系统；所述海上测试平台携带有多个用于数据采集和信息交互的设备；摩擦纳米发电机通过挂绳悬挂于海上测试平台上；工作时摩擦纳米发电机上电将海上测试平台布设到试验海域，并下放锚块、锚链、浮球将海上测试平台锚定在试验海域，通过海上测试平台上的数据采集设备开始进行海上试验数据采集，同时通过信息交互设备与岸基监测系统完成实时监控和数据交互。

3、所述海上测试平台包括：主体结构、gps天线、ais网位仪、气象仪、4g天线、wifi天线、摄像头、航标灯、太阳板、电子舱；gps天线、ais网位仪、气象仪、4g天线、wifi天线、摄像头、航标灯、太阳能板均安装在主体结构上，摩擦纳米发电机通过挂绳悬挂于主体结构上。

4、所述主体结构分为上下两个部分；

5、主体结构上部主体为锥形支架，锥形支架上端设有传感器安装台面，锥形支架的四周设置有用于安装太阳能板的太阳能板安装梁；gps天线、ais网位仪、气象仪、4g天线、wifi天线、摄像头、航标灯均安装于传感器安装台面上；

6、主体结构下部的径向方向为多个同心圆结构，纵向方向为层状结构；电子舱安装于同心圆中心位置；每个同心圆周向均布有多个摩擦纳米发电机安装挂点；每个摩擦纳米发电机通过挂绳悬挂于摩擦纳米发电机安装挂点上。

7、所述电子舱顶部设有多个水密电连接器接口；电子舱内部包括电源管理电路、太阳能控制器、蓄电池、4g/wifi路由器模块、交换机模块、串口服务器、存储器、通信控制电路、姿态传感器、摩擦纳米发电机能量采集电路；

8、4g天线和wifi天线通过水密电连接器接口接入电子舱，与4g/wifi路由器模块连接，然后通过交换机模块和串口服务器后接入通信控制电路；摄像头供电线通过水密电连接器接口接入电源管理电路；电源管理电路与通信控制电路配合，实现各功能模块的用电分配和管理；太阳能电池板通过水密电连接器接口与太阳能控制器连接，经过太阳能控制器调理后接入蓄电池，将太阳能转换的电能存储下来；

9、gps天线通过水密电连接器接口与姿态传感器连接，姿态传感器内含gps接收机，用于获取海上测试平台在海水里不同海况下的姿态测量数据，并将测量结果传输至通信控制电路；

10、气象传感器通过水密电连接器接口接入电子舱，其中气象传感器的供电线接入电源管理电路，通信线接入通信控制电路；

11、通信控制电路用于试验数据采集、数据处理、系统工作状态控制以及与岸基监测系统进行通信，通信控制电路获得的数据存储于存储器中；

12、姿态传感器用于获取海上测试平台在海水里不同海况下的姿态测量数据，并将测量结果传输至通信控制电路；

13、摩擦纳米发电机能量采集电路用于摩擦纳米发电机输出电能的调理、采集和电能存储。

14、若干摩擦纳米发电机并联组成摩擦纳米发电机组；摩擦纳米发电机组通过水密电连接器接口接入电子舱后与摩擦纳米发电机能量采集电路连接。

15、所述岸基监测系统对海上测试平台的工作模式进行实时控制，包括连续观测模式和周期观测模式。

16、本发明的有益效果是：

17、(1)本发明为摩擦纳米发电机海上长期试验提供可靠的试验平台，实现摩擦纳米发电机发电能力监测、电能收集等，同时根据可根据试验规划灵活搭配适用于电能利用率的载荷，验证摩擦纳米发电机带载能力；

18、(2)本发明具有海洋气象、海况、图像、深度等传感系统，能够对摩擦纳米发电机所处海域环境参数进行监测、存储，为研究摩擦纳米发电机与海浪大小、气象状况、所处水下深度等与波浪能收集能力的关系提供数据，加快摩擦纳米发电机的研制迭代速度；

19、(3)本发明具有与岸站系统数据通信能力，能够连续或周期性的将海上试验平台内存储的数据回传到岸站，实现摩擦纳米发电机海上试验状况的远程监测和数据分析，具有实际测试中具有良好的实时性，提高了数据分析速度。

技术特征：

1.一种用于摩擦纳米发电机的海洋波量能收集测试平台，其特征在于，包括：海上测试平台、摩擦纳米发电机(3)、浮球(13)、锚块(14)、锚链(15)和岸基监测系统(16)；所述海上测试平台携带有多个用于数据采集和信息交互的设备；摩擦纳米发电机(3)通过挂绳(2)悬挂于海上测试平台上；工作时摩擦纳米发电机(3)上电将海上测试平台布设到试验海域，并下放锚块(14)、锚链(15)、浮球(13)将海上测试平台锚定在试验海域，通过海上测试平台上的数据采集设备开始进行海上试验数据采集，同时通过信息交互设备与岸基监测系统(16)完成实时监控和数据交互。

2.根据权利要求1所述的一种用于摩擦纳米发电机的海洋波量能收集测试平台，其特征在于，所述海上测试平台包括：主体结构(1)、gps天线(4)、ais网位仪(5)、气象仪(6)、4g天线(7)、wifi天线(8)、摄像头(9)、航标灯(10)、太阳板(11)、电子舱(12)；gps天线(4)、a is网位仪(5)、气象仪(6)、4g天线(7)、wifi天线(8)、摄像头(9)、航标灯(10)、太阳能板(11)均安装在主体结构(1)上，摩擦纳米发电机(3)通过挂绳(2)悬挂于主体结构(1)上。

3.根据权利要求2所述的一种用于摩擦纳米发电机的海洋波量能收集测试平台，其特征在于，所述主体结构(1)分为上下两个部分；

4.根据权利要求2所述的一种用于摩擦纳米发电机的海洋波量能收集测试平台，其特征在于，所述电子舱(12)顶部设有多个水密电连接器接口；电子舱(12)内部包括电源管理电路(21)、太阳能控制器(22)、蓄电池(23)、4g/wifi路由器模块(24)、交换机模块(25)、串口服务器(26)、存储器(27)、通信控制电路(28)、姿态传感器(29)、摩擦纳米发电机能量采集电路(30)；

5.根据权利要求2所述的一种用于摩擦纳米发电机的海洋波量能收集测试平台，其特征在于，若干摩擦纳米发电机(3)并联组成摩擦纳米发电机组(17)；摩擦纳米发电机组(17)通过水密电连接器接口接入电子舱(12)后与摩擦纳米发电机能量采集电路(30)连接。

6.根据权利要求2所述的一种用于摩擦纳米发电机的海洋波量能收集测试平台，其特征在于，所述岸基监测系统(16)对海上测试平台的工作模式进行实时控制，包括连续观测模式和周期观测模式。

技术总结
本发明一种用于摩擦纳米发电机的海洋波量能收集测试平台，包括：海上测试平台、摩擦纳米发电机、浮球、锚块、锚链和岸基监测系统；所述海上测试平台携带有多个用于数据采集和信息交互的设备；摩擦纳米发电机通过挂绳悬挂于海上测试平台上；工作时摩擦纳米发电机上电将海上测试平台布设到试验海域，并下放锚块、锚链、浮球将海上测试平台锚定在试验海域，通过海上测试平台上的数据采集设备开始进行海上试验数据采集，同时通过信息交互设备与岸基监测系统完成实时监控和数据交互。本发明为摩擦纳米发电机输出性能、耐久性提升及能量管理等方面提供试验平台。

技术研发人员：李海兵,李振,孙宁,王友东,李海虎,刘静晓,张峰,丁昊,郭子伟
受保护的技术使用者：北京航天控制仪器研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17