基于多压电组合功率放大供能的温湿压实时监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种温湿压监测装置，尤其涉及一种基于环境能量采集技术的温湿压实时监测装置。
【背景技术】
[0002]温湿压实时监测在工业过程控制、仓储运输、蔬菜种植、机房监控等方面具有重要运用价值。实时且准确的温湿压数据对指导工农业生产，改善人们的生活质量具有重要意义。在众多监测温湿压数据的仪器设备中，温湿压传感器由于其精度高、响应快、寿命长、可重复性好等优点而备受人们的青睐。通常，温湿压传感器使用电池作为能量来源。然而，在大规模应用过程中，由于其节点多、分布广、部署环境复杂，更换电池有时变得十分困难，从而限制了温湿压传感器的使用。在自然界中存在各种各样的能量形式，例如光能、振动能、电磁能等等。在室外开阔地带，太阳能所能提供的功率密度大约为15000 μ W/cm，而机械振动所能提供的功率密度大约为300 μ W/cd,如果能够将它们收集起来，就可以减少对电池的依赖，甚至可以替代电池的使用，这就大大增加了传感器的应用范围，使传感器能够长时间在更加恶劣和复杂的环境下工作。
【发明内容】
[0003]本发明旨在解决单纯使用电池供能的温湿压监测装置应用范围偏窄的问题，提供一种基于多压电组合功率放大供能的温湿压实时监测装置，采用了由压电悬臂阵列构成的能量采集模块，使得其应用范围和单次使用时间可以得到大幅度扩展。
[0004]为达到上述目的，本发明所述的基于多压电组合功率放大供能的温湿压实时监测装置包括:压电悬臂阵列、功率调理单元、能量存储单元、测量和无线发送单元以及控制单元，所述压电悬臂阵列的能量输出端连接功率调理单元，功率调理单元连接能量存储单元，能量存储单元连接测量和无线发送单元以及控制单元，控制单元分别连接功率调理单元、测量和无线发送单元；所述压电悬臂阵列产生的能量经由功率调理单元转化后送至能量存储单元储存，当能量存储单元所存储的能量达到阈值，便为功率调理单元、测量和无线发送单元以及控制单元供能，所述控制单元控制各部分协调工作，并控制测量和无线发送单元测量、发送测量数据。
[0005]所述压电悬臂阵列包括基座、多个压电悬臂梁，所述压电悬臂梁包括金属板、压电片，压电片通过导电胶粘附于金属板两侧，并由导线串联连接，分别从金属板和压电片上引出电极；所述基座包括一个环形结构件或多个环形结构件层叠，环形结构件之间通过连接杆固定；环形结构件上均匀分布多个定位凹槽，压电悬臂梁一端固定在定位凹槽内部，另一端悬空；安装在同一个环形结构件上即同一层的压电悬臂梁通过导线串联连接，然后再将层与层之间的压电悬臂梁通过导线并联连接。
[0006]所述功率调理单元、能量存储单元、测量和无线发送单元以及控制单元所在的电路板通过连接杆固定在基座上。
[0007]具体的，所述电路板为圆形，与环形结构件层叠放置。
[0008]为使悬臂梁阵列能够响应更宽的频率范围，所述同一层的压电悬臂梁的长度一般不同，以计算出的最优长度为中心，上下均匀浮动。
[0009]所述功率调理单元包括非线性模块和AC-DC整流模块，所述非线性模块包括串联的电感和模拟开关，模拟开关由单片机控制导通和断开，从而增加压电片的阻尼作用时间，进而大幅增加压电片的输出能量。
[0010]所述能量存储单元包括DC-DC转换模块和超级电容，DC-DC转换模块将输入电压转换为额定电压输送给超级电容存储。
[0011]所述测量和无线发送单元包括与无线发送模块相连的温湿度传感器和压力传感器；所述温湿度传感器、压力传感器和无线发送模块受控制单元控制，根据用户需求，间隔时间发送温湿压数据。所述控制单元可以采用单片机。
[0012]本装置还可同时配备太阳能电池板，太阳能电池板产生的能量同时也被送入能量存储单元。
[0013]本发明与已有的温湿压数据监测装置相比，其优点在于:本发明由于采用了由压电悬臂阵列构成的能量采集模块，具有自供能能力，其应用范围和单次使用时间可以得到大幅度扩展；更重要的是，本发明可以减轻对电池的依赖，降低电池中的有害物质释放到环境中的概率，是典型的环境友好型技术。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的电路结构框图。
[0015]图2是压电悬臂梁的结构图。
[0016]图3是基座和电路板安装结构图。
[0017]图4是功率调理单元电路原理图。
[0018]图5是倍压整流电路原理图。
[0019]图6是本发明采用压电悬臂阵列和太阳能双供电的电路结构框图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0021]如图1所示，本发明的温湿压实时监测装置包括压电悬臂阵列、功率调理单元、能量存储单元、测量(采集)和无线发送单元及控制单元组成。所述压电悬臂阵列的能量输出端连接功率调理单元，功率调理单元连接能量存储单元，能量存储单元连接测量和无线发送单元以及控制单元，控制单元分别连接功率调理单元、测量和无线发送单元。所述压电悬臂阵列产生的能量经由功率调理单元转化后送至能量存储单元储存，装置还可同时配备太阳能电池板(视应用环境、传感器耗电等情况而定)，如图6所示，太阳能电池板产生的能量同时也被送入能量存储单元；当能量存储单元所存储的能量达到阈值，便为功率调理单元、测量和无线发送单元以及控制单元供能，所述控制单元控制各部分协调工作，并控制测量和无线发送单元测量、发送测量数据。
[0022]压电悬臂阵列由基座和若干压电悬臂梁组成。基座为塑料等非导电材质，结构为环形层叠状结构，根据实际使用环境为一层或者多层，每层均匀分布多个悬臂梁定位凹槽，凹槽大小要与压电悬臂梁大小相匹配。
[0023]图2所示为压电悬臂阵列中一压电悬臂梁的结构图，包括:压电片101、金属板102、连接导线103。压电片101通过导电胶粘附于金属板102上下两侧，并通过连接导线103串联连接，分别从金属板102和压电片101上引出电极。为保证在环境中压电悬臂梁可以达到最大的振动幅度，金属板102采用铍铜等弹性较好的材料。根据所处环境的振动水平，要合理调整金属板102的长度达到最优以使收集效率最大。为了使压电悬臂阵列在更宽的频率条件下都可以达到较高的能量输出，一层环形结构中的压电悬臂梁的长度一般是不同的，可以使位于基座同一层的压电悬臂梁长度以最优长度为中心上下浮动，均匀变化。例如在某种应用场合下，测试计算出压电悬臂梁的最优长度为2cm，如果一层中有7个悬臂梁，那么这些悬臂梁的长度可能是这样排列的:1.4cm，1.6cm，1.8cm, 2cm, 2.2cm, 2.4cm，
2.6cm0
[0024]所述压电悬臂阵列包括基座、多个压电悬臂梁。图3所示为压电悬臂阵列的基座，包括:环形结构件104，定位凹槽105和连接杆106。基座可以包括一个或多个环形结构件104层叠，图示为2个环形结构件104的情况，环形结构件104之间通过连接杆106连接固定。环形结构件104上均勾分布多个定位凹槽105，压电悬臂梁一端固定在定位凹槽105内部，另一端悬空；安装在同一个环形结构件104即同一层上的压电悬臂梁通过导线串联连接，然后再将层与层之间的压电悬臂梁通过导线并联连接。
[0025]根据实际情况所需，环形结构件104可以为一个或者多个。根据环形结构件104的大小和压电悬臂梁的长度，环形结构件104上的