一种用于水域监测的压电自发电俘能装置

本发明涉及压电陶瓷发电及电子传感器，特指一种用于水域监测的压电自发电俘能装置。

背景技术：

1、海洋环境监测是海洋开发与保护的重要手段，海洋环境状况及其变化趋势备受关注。海洋浮标监测器是海洋环境监测的常用平台，是海洋监测仪器布放的载体；大多数海洋浮标监测器是由蓄电池供电进行工作的。但由于海洋浮标监测器远离陆地，换电池不方便，在海洋流域的复杂环境中稳定获取能源的方式众多，现在有不少海洋浮标监测器装备太阳能蓄电设备，大大减少了换电池的次数，使海洋浮标监测器更简便、经济；但是，使用太阳能供电的方式有较大的局限性，尤其是长时间处于恶劣天气条件下，难以达到长时间的续航，导致获取的海域信息无法及时发送；为此，直接从波浪环境中利用压电技术俘能为微电子网络节点供电是一种很好的替代传统供能的方式。压电装置具有:结构简单,能量密度大，易于微型化，高机电转换效率，无电磁干扰.清洁环保，易于制作，环境适应性强等优点，相较于其他方式具有更广的应用前景。

技术实现思路

1、本发明针对目前应用的海上监测器的能源问题，提出一种用于水域监测的压电自发电俘能装置。

2、本发明采用的技术方案是：一种利用主轴旋转的螺旋结构将旋转动能转化为纵向往复运动的动能进行俘能的海上监测器，由传感器、信号发射器、圆形托盘结构、铝制空心管、陀螺状底部的圆柱外壳、壳体、螺旋桨和主轴组成。

3、信号发射器通过卡扣连接安装在轻质空心杆上，轻质空心杆固定在圆形托盘结构上，四根铝制空心管上部分贯穿圆形托盘结构通过点焊固定连接，下部分贯穿连接陀螺状底部的圆柱外壳，通过铝制空心管内部的线路连接正方形壳体内部发电装置与传感器、信号发射器；所述正方形壳体内嵌正方形环框架；正方形环框架上下底面分别与内螺纹套口、四根轻质弹簧通过点焊连接；内螺纹套口与内十字外螺纹套口通过螺纹口镶嵌；内十字外螺纹套口与十字型主轴镶嵌卡死；十字型主轴分别连接正方形壳体螺旋桨贯穿整个陀螺状底部的圆柱外壳、正方形壳体镶嵌贯穿陀螺状底部的圆柱外壳、安装固定整个发电装置。

4、作为上述方案的进一步改进，正方形环框架的上下底面接触但不固定，通过四个轻质弹簧及螺旋结构的相互作用致使镶嵌在正方形环框架底部侧面四周的四个压电片做纵向往复运动，激励压电片稳定高效地产生电能。

5、作为上述方案的进一步改进，发电装置内部与螺旋桨之间用十字型主轴相连，十字型主轴横向贯穿整个陀螺状底部圆柱外壳，最大化将波浪能转化为电能。

6、作为上述方案的进一步改进，发电装置包裹在正方形壳体的密闭气室，正方形壳体贯穿整个陀螺状底部圆柱外壳，作为监测器底铉，起到抗风浪的作用。

7、本发明的技术方案实施如下：其特征是，通过螺旋桨直接与主轴相连，十字型内口的螺旋装置与主轴咬合相连，螺旋装置的尾端与配套的压电装置固定，被螺旋装置咬合的主轴部分与发电装置一起被正方形壳体包裹，形成气室与外界环境隔绝，仅通过主轴与螺旋桨相连。发电装置内部四根弹簧呈阵列排列同时上下端分别与正方形环框架上下端相连，螺旋装置尾部与正方形上端相连，螺旋装置与弹簧装置竖直方向平行；整个正方形壳体镶嵌在监测器的半圆柱壳体上，突出的三棱形尾部作为监测器的尾锚。正方形壳体通过结构镶嵌的方式与监测器的壳体固定，螺旋桨以相同方式镶嵌入监测器主体，裸露在外三分之一部分。正方形壳体、螺旋桨与监测器之间运用热熔胶及橡胶材料固定密封，形成封闭环境。

8、运用空心铝制管，监测器上方通过三根圆柱型空心管形成稳定结构，连接船体部分与信号发射器，空心圆柱中连接发电装置及传感器和信号发射器部分。

9、本发明利用螺旋结构装置提供了一种新型的波浪能转旋转动能，旋转动能转化为纵向动能再转电能的能量转化方式，保证结构稳定性的同时，发电量稳定，对海域泛用性高，维护成本低。

技术特征：

1.一种用于水域监测的压电自发电俘能装置，由轻质空心杆(1)、卡扣(2)、信号发射器(3)、圆形托盘结构(4)、铝制空心管(5)、正方形壳体(6)、陀螺状底部的圆柱外壳(7)、螺旋桨(8)、十字型主轴(9)组成；信号发射器(3)通过卡扣(2)连接安装在轻质空心杆(1)上，轻质空心杆(1)固定在圆形托盘结构(3)上，四根铝制空心管(5)上部分贯穿圆形托盘结构(4)通过点焊固定连接，下部分贯穿连接陀螺状底部的圆柱外壳(7)，通过铝制空心管(5)内部的线路连接正方形壳体(6)内部发电装置与信号发射器(3)；所述正方形壳体(6)内嵌正方形环框架(6-2)，四个压电悬臂基板分别固定到正方形环框架(6-2)的四个侧壁上，形成围绕正方形环框架(6-2)的外侧面的正方形环形阵列，排布在正方形壳体(6)内，四个均采用一端与正方形环框架(6-2)固定形成一体，另一端悬空为自由端；四个悬臂基板的板面均在同一平面内；四个基板的固定端与正方形环框架(6-2)的侧壁形成一体；每个悬臂基板的上表面均覆盖一块压电片，压电片的长度方向与板的长度方向一致，从悬臂基板的固定端向自由端延伸，压电片的长度小于基板的长度，压电片的宽度和基板一致，压电片两侧面与悬臂基板长度方向两侧面齐平；发电装置通过咬合配套的螺旋装置与主轴链接，同时螺旋装置尾端与正方形环框架固定，四根弹簧的首尾分别与正方形环框架(6-2)的上下两侧相连接，四根弹簧在正方形环框架(6-2)内呈阵列排列，在竖直方向上平行；正方形环框架(6-2)上下底面分别与内螺纹套口(6-4)、四根轻质弹簧(6-3)通过点焊连接；内螺纹套口(6-4)与内十字口外螺纹套口(6-1)通过螺纹口镶嵌；内十字口外螺纹套口(6-1)与十字型主轴(9)镶嵌套合；十字型主轴(9)分别连接正方形壳体(6)螺旋桨(8)贯穿整个陀螺状底部的圆柱外壳(7)、正方形壳体(6)镶嵌贯穿陀螺状底部的圆柱外壳(7)安装固定整个发电装置。

2.根据权利要求书1，一种用于水域监测的压电自发电俘能装置，其特征在于，其上方的圆形托盘结构(4)的上圆盘外壳(4-2)、下圆盘外壳(4-5)与圆柱筒壳(4-3)通过六颗六角形螺栓固件1(4-1)固定，蓄电池(4-2)横放于圆形托盘结构(4)内部。

3.根据权利要求书1，一种用于水域监测的压电自发电俘能装置，其特征在于，陀螺状底部的圆柱外壳(7)的上半部分圆形外壳(7-2)通过六颗六角形螺栓固件2(7-1)与圆柱型外壳(7-3)连接，圆柱型外壳(7-3)与陀螺状底壳(7-4)通过点焊连接。

4.根据权利要求书1，一种用于水域监测的压电自发电俘能装置，其特征在于，正方形壳体(6)居中镶嵌在陀螺状底部的圆柱外壳(7)内，并贯穿陀螺状底部的圆柱外壳(7)上下，正方形壳体(6)下半部露出陀螺状底部的圆柱外壳(7)，呈倒三角状，起到稳定监测器，抗风浪的作用。

5.根据权利要求书1，一种用于水域监测的压电自发电俘能装置，其特征在于，正方形环框架(6-2)的上下底面接触但不固定，通过焊接固定的弹簧(6-4)及内十字口外螺纹套口(6-1)之间的相互作用致使镶嵌于正方形环框架(6-2)底部侧面四周的压电片(6-5)做纵向往复运动，激励压电片(6-5)稳定高效地产生电能。

技术总结
本发明公开一种用于水域监测的压电自发电俘能装置及其应用，由传感器、信号发射器、圆形托盘结构、铝制空心管、陀螺状底部的圆柱外壳、壳体、螺旋桨、十字型主轴组成；所述正方形壳体内嵌正方形环框架；正方形环框架上下底面分别与内螺纹套口、四根轻质弹簧通过点焊连接；内螺纹套口与内十字外螺纹套口通过螺纹口镶嵌；内十字外螺纹套口与十字型主轴镶嵌卡死；十字型主轴分别连接正方形壳体螺旋桨贯穿整个陀螺状底部的圆柱外壳、正方形壳体通，过镶嵌贯穿陀螺状底部的圆柱外壳安装固定整个发电装置；本发明相较于传统海洋浮标，具有维护成本低、自供给能量稳定、抗风浪能力强等优点；可以广泛应用于复杂海域的温度，风力，湿度等方面的监测。

技术研发人员：何丽鹏,王双健,郑晓天,申子宇,胡仁晖,刘学进,刘仁文,孙磊,王宏鑫,韩雨航
受保护的技术使用者：长春工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13