本发明涉及的是机械采油工程研究领域与电技术领域的结合，特别涉及到从油井井下液体振动中获取能量转化存储到压电储能装置中，适用于从振动环境中获取能量进行转化应用的场合，具体涉及一种用于油井井下检测设备的压电储能装置。
背景技术：
机械采油是国内外油田的主要采油方式，井下设备的高效运行是影响机采系统效率的关键，因此，有效的监测井下设备的运行状态，实时调整采油参数是油田管理的核心，但油水井井下监测设备的推广及应用一直是一个难题，例如，用于监测抽油泵的运行状态的井下示功仪，用于监测及调整注水层位注入量的智能配水器等，这些设备需电源持续供电，由于井筒空间的限制，造成井下持续供电成为了难题，导致井下监测设备的应用仍处于试验研究阶段。
机械采油主要利用井下的采油设备将井下液体举升到地面，井下采油设备的工作原理主要依靠泵筒内压力变化实现液体的抽吸，井液在压力作用下发生振动，如此利用液体的振动能量，通过放大原理，把振动能量转化为电能，并存储起来，作为井下监测设备的供给电源，可有效的解决井下设备的电源供给问题，同时为发展智能化井下设备的应用提供了可能。
自19世纪80年代居里兄弟在石英晶体上发现压电效应后，压电材料和压电元件的研究得到了国内外学者的关注，将环境中的振动能量进行回收并利用的压电材料及装置近年来得到长足的发展。目前，最为常用的压电材料为锆钛酸铅，lee研究表明，压电陶瓷在高频周期载荷下极易发生疲劳裂纹而脆性断裂，聚偏氟乙烯适合于高频周期振动载荷【leecs,jooj,hans,etal.multifunctionaltransducerusingpoly(vinylidenefluoride)activelayerandhighlyconductingpoly(3,4-ethylenedioxythiophene)electrode:actuatoandgenerator[j].appliedphysicsletter,2004,85(10):1841-1844.】，adrienbade研究表明，在相同条件下，压电单晶的回收能量比压电陶瓷高20倍以上【badela,benayada,lefeuvree,etal.singlecrystalsandnonlinearprocessforoutstandingvibrationpoweredelectricalgenerators[j].ieeetrans,onuffc,2006,53(4):673-684.】，在压电材料的层理结构研究中，ng与liao研究表明单晶片适合振动力及频率较低的场合，并联压电双晶片适合振动力较大及振动频率较高的场合【ngth,liaowh.sensitivityanalysisandenergyharvestingforaself-poweredpiezoelectricsensor[j].journalofintelligentmaterialsystemsandstructures,2005,16(10):785-797.】，阚君武建立了单、双晶压电梁发电能力的仿真分析，优化了材料力学性能与尺寸的匹配关系【阚君武,唐可洪,王淑云,等.压电悬臂梁发电装置的建模与仿真分析[j].光学精密工程,2008,16(1):1-76.】，moll对比三角形和矩形悬臂梁单位面积的能量回收效果，谢涛对矩形、梯形及三角形的压电悬臂梁电荷灵敏度进行了建模分析，给出了三角形压电悬臂梁具有较好的能量回收率【mateul,mollf.optimumpiezoelectricbendingbeamstructuresforenergyharvestingusingshoeinserts[j].intellmatersyststruct,2005,16:835-845.】。在压电能量回收利用方面priya发明了一种压电袖珍风车【priyas.modelingofelectricenergyharvestingusingpiezoelectricwindmill[j].appliedphysicsletter,2005,87(18):4101.】，dongna制备了用于为mems供电的压电悬臂梁【shendongna,parkjunghyun,nohjh,etal.micromachinedpztcantileverbasedonsoistructureforlowfrequencyvibrationenergyharvesting[j].sensorsandactuatorsa:physical,2009(154):103-108.】，张扬键介绍了一种结合压电式能量采集与静态能量采集结合的复合式振动能量采集器。基于压电材料的振动能量回收是一项新技术，它将为未来无需电池和人力维护的远程监测设备提供有力的技术支持。
综上所述，本发明设计了一种用于油井井下检测设备的压电储能装置。
技术实现要素：
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种用于油井井下检测设备的压电储能装置，结构简单，能够将在抽油过程中利用井下流体的振动冲击产生的能量转换为可利用的电能，并将电能储存到可充电电池中，供井下检测设备使用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种用于油井井下检测设备的压电储能装置，包括悬臂梁基体、压电陶瓷片、质量块、保护罩、螺纹丝扣和电路板，圆柱形主体的上下端设置有螺纹丝扣，螺纹丝扣与抽油杆柱相连，悬臂梁基体在圆柱形主体的圆周上并列设置有多排，悬臂梁基体上下侧均通过导电胶粘贴有压电陶瓷片，悬臂梁基体末端设置有质量块，质量块与抽油杆之间均不接触，圆柱形主体外部还设置有保护罩，电路板设置在圆柱形主体中部，所述的电路板包括增压电路、整流电路和负载匹配电路，增压电路、整流电路和负载匹配电路均为稳压驱动，压电陶瓷片产生的不稳定电流经过增压电路、整流电路和负载匹配电路，得到稳定直流电储存起来，以供负载使用。
作为优选，所述的质量块在同一圆周上的为同心曲面，且与抽油杆间隙配合，不同层间的质量块间距为δ，由液体激励质量块的振幅确定。
作为优选，所述的增压电路是采用并联sshi接口,由串联的电感和开关组成，用来增大压电片的电压。
作为优选，所述的整流电路采用整流桥，利用半导体二极管的单向导电性，将压电回收装置在振动下产生的交流电压转换成单向脉动直流电。
作为优选，所述的负载匹配电路可以根据振动的幅度自动调整整流后的电压，使脉动直流趋于平稳，采用电容与负载并联的方式，达到储存电量的目的。
本发明提供的上述用于油井井下检测设备的压电储存装置，其用途是：利用压电陶瓷的压电效应，在抽油杆上下运动过程中，井下流体的冲击振动通过质量块作用于压电振子，产生电荷，通过负载匹配电路，将获得的电能用于井下检测设备的使用。
本发明具有以下有益效果：
1、压电振子基体采用悬臂梁方式夹持，弯曲变形主要集中在中间部分，压电基体末端夹持有质量块增大弯曲变形；各个压电振子之间采用并联的方式，增大压电储能装置的能量输出。
2、每个压电振子基体上下两个陶瓷片采用串联的形式，串联方式使正电荷集中在上极板，负电荷集中在下极板，而中间的极板上产生的负电荷与下片产生的正电荷相抵消；则输出的总电荷等于单片电荷，而输出电压为单片电压的二倍，总电容为单片电容的一半。
3、各个压电振子之间采用并联的方式，增加压电储能装置整体的输出能量。
4、电路体积小，成本低；
5、整套压电储能装置结构简单：由两部分组成，压电振子基体的发电，电路驱动部分；各部分之间连接简单。
6、应用广：凡是井下装置，均可利用其微弱的机械能并将其转换成电能以供井下检测设备的应用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的平面结构示意图；
图2为本发明压电振子水平圆周排列工作形式示意图；
图3为本发明的单片压电振子的结构示意图；
图4为本发明的电路板的电路示意图；
图5为本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-图5，本具体实施方式采用以下技术方案：一种用于油井井下检测设备的压电储能装置，包括悬臂梁基体1、压电陶瓷片2、质量块3、保护罩4、螺纹丝扣5和电路板6，圆柱形主体7的上下端设置有螺纹丝扣5，螺纹丝扣5与抽油杆柱相连，悬臂梁基体1在圆柱形主体7的圆周上并列设置有多排，悬臂梁基体1上下侧均通过导电胶粘贴有压电陶瓷片2，悬臂梁基体1末端设置有质量块3，质量块3与抽油杆之间均不接触，圆柱形主体7外部还设置有保护罩4，电路板6设置在圆柱形主体7中部，电路板6与压电陶瓷片2相连；所述的电路板6包括增压电路、整流电路和负载匹配电路，增压电路、整流电路和负载匹配电路均为稳压驱动，压电陶瓷片2产生的不稳定电流经过增压电路、整流电路和负载匹配电路，得到稳定直流电储存起来，以供负载使用。
本具体实施方式的压电储能装置由多个压电陶瓷片悬臂梁采用水平方向并排的工作模式，该装置的振动由悬臂梁基体和和粘贴于其上的压电陶瓷片来共同完成；且各个悬臂梁基体之间的振动是同步的，所述的悬臂梁基体单独使用一个质量块3。
本具体实施方式的质量块3主要完成捕获振动和加大压电陶瓷片的应变幅度。所述悬臂梁基体1的上下两个压电陶瓷片采用串联的形式，悬臂梁基体和其上下两个压电陶瓷片组成一个压电振子，各个压电振子之间采用并联的连接方式。其中每个质量块重为6-8g。
所述的悬臂梁基体1使用铍青铜，采用25×8的0.3mm厚的基体，每个悬臂梁基体1的一端由固定端夹持，另一端为运动端，由质量块夹持。运动端的运动方向为悬臂梁基体1的高度方向。
所述压电陶瓷片2位于悬臂梁基体1的上下两侧，压电陶瓷片2与悬臂梁基体1之间采用导电胶粘贴，用于将环境中微弱的机械能转化为电能。
所述的压电陶瓷片2由20×8的0.2mm厚的ptz-5h压电材料制成，该压电陶瓷片2用导电胶粘贴在压电振子基体1上。在粘贴前需要用酒精清洗，保持压电振子基体表面无异物。导电胶的厚度应保持在0.1mm内。并在压电陶瓷2上下引出正负极。
所述压电储能装置，其结构如图4所示，包括降压电路，整流电路，储电电路，其作用是将电能提取，功率调整以后供油井井下检测设备的使用或储存。该压电储能装置安装在抽油杆上。
所述降压电路的降压电容由c≥i/2πfu确定，其中i为负载电流，u为负载电压，f取产电的平均频率50hz,取c＝17μf，其作用是将电压限定在负载的工作范围内。
所述的整流电路采用全波桥式整流方式，利用常用的4个整流二极管in4001(u＝50v,i＝1a)组成整流桥，把压电振子陶瓷片2产生的交流电变成单向脉冲直流电。
所述储电电路(dc-dc电路)，由电容和电阻并联。将井下发电设备产生的电荷收集起来。
所述的led灯珠焊接于电路板上。
井下流体的加速度为0.64m/s2；井下流体的质量68kg；则井下流体振动产生的作用力为f0＝ma＝68×0.64＝43.52n。
抽油杆的抽油频率为每分钟6次，则完成一次上冲程所用的时间为5s；
根据流体力学fr＝ρgycs＝1000×9.8×4×0.017＝666.4n.
所述发电装置获得能量的逻辑计算方法：其中外加电场为0，由外力单独作用时间可由公式
本具体实施方式的工作过程：质量块传递井下流体的振动，将振动传递给压电陶瓷片，以悬臂梁为夹持形式的压电振子，在力的作用下产生变形，从而使其产生电荷，产生的电荷通过陶瓷片中间两电极流出，经过控制电路的整理，将电能调整供井下检测设备使用。
本具体实施方式的用于井下检测设备的压电储能装置：通过在井下抽油杆上安装压电储能装置，让微弱的振动能量转换为可利用的电能，并将电能储存到检测设备中，由少集多，最终达到节能的效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。