一种收集机械振动能量的空压机状态检测系统的制作方法

本发明属于空压机远程监控技术领域，具体涉及一种收集机械振动能量的空压机状态检测系统。

背景技术：

空气压缩机是煤矿生产中重要的动力设备，井下大量的作业设备例如风镐和风钻等，均由空压机提供动力。同时，矿井压风自救系统是煤矿井下安全避险“六大系统”之一，因此空压机能否安全、长期稳定的运行，对整个煤矿的作业生产和井下工作人员的生命安全都起着至关重要的影响。但空压机全功率运行时耗电量很大，其输入能源的80％左右经由振动发热将转化为热能无效排放掉，会造成大量的经济消耗。另一方面，在空压机系统出现故障时，无法实现对故障及时排查和精确定位，也会延误了最恰当维修时机，影响了空压机系统的使用寿命，这就造成了不必要的经济损失。因此，收集空压机的振动能量并为空压机状态检测系统供电是一项可行且具有重要意义的方案。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出一种收集机械振动能量的空压机状态检测系统。

一种收集机械振动能量的空压机状态检测系统，其特征在于，包括：压电俘能供电装置、整流储能模块和监测传感模块；

所述压电俘能供电装置，包括：支撑装置、全方位振子夹具、压电俘能振子和固有频率调节装置；

所述整流储能模块，包括：桥式整流电路、滤波电容、蓄电池；

所述监测传感模块，包括：温度传感器、流量传感器、压力传感器、电流传感器；

所述支撑装置的下端通过螺纹连接于空气压缩机电机箱体上方，所述全方位振子夹具通过螺纹连接于支撑装置的上端，所述压电俘能振子和固有频率调节装置均有多个，所述多个压电俘能振子的一端通过螺纹与全方位振子夹具相连，所述各固有频率调节装置固定于各压电俘能振子的另一端；

所述各压电俘能振子表面引出电极通过导线连接桥式整流电路的一端，所述桥式整流电路的另一端连接滤波电容的一端、电流传感器的输入端、蓄电池的输入端，所述滤波电容并联于桥式整流电路与电流传感器之间，所述电流传感器的输出端连接蓄电池的输入端，所述蓄电池的输出端连接温度传感器的输入端、压力传感器的输入端和流量传感器的输入端，所述温度传感器安装于空气压缩机主机喷油口下端，所述压力传感器安装于空气压缩机最小压力阀到排气端之间的管路上，所述流量传感器安装于空气压缩机风包出口管道或干燥机后方。

所述压电俘能振子包括上层板、下层板和中层基板；所述上层板、下层板和中层基板通过胶合固定；

所述上层板和下层板均为压电陶瓷材料；所述中层基板为金属板。

所述金属板为铜质金属板。

本发明的有益效果：

本发明提出一种收集机械振动能量的空压机状态检测系统，本发明根据共振原理和压电俘能原理，以空气压缩机电机产生的振动为激振源使压电振子进行受迫振动，从而使压电振子发电。实现了自供电、无消耗的传感器供电。当空压机以额定工作功率工作时，此时振动频率与压电振子固有频率相同，形成共振，使供电装置输出电流最大，而在其他功率工作时(超频或故障)，振动频率与压电振子固有频率不同，压电振子无法形成共振。从而使供电装置输出电流较小。其上电流传感器通过分辨电流的大小可使外部方便有效的知道此时供电装置处于何种工作状态。本监测系统主要优点如下：(1)不需要大量的布线，并且易于安装，节约了财力和物力；(2)不需要更换电池，提高了空压机的监测效率；(3)只要设备工作环境中机械振动一直存在，就可以持续为监测系统供能，可以长期适用需要监测的空压机；(4)减少了因使用化学电池对环境造成的污染；(5)结构简单，易于加工制作和实现结构上的小型化、集成化，适于应用在各类机械中。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中l型空气压缩机结构示意图；

其中，1-皮带轮，2-曲轴，3-连杆，4-十字头，5-活塞杆，6-机身，7-底座，8-活塞，9-气缸，10-填料箱，11-卸荷器，12-滤风器，13-吸气阀，14-排气阀，15-中间冷却器，16-安全阀，17-进水管，18-出水管，19-风包，20-压力调节器，21-卸荷器组件，22-空气压缩机电机，23-压电俘能供电装置；

图2为本发明具体实施方式中收集机械振动能量的空压机状态检测系统的整体结构示意图；

其中，22-空气压缩机电机，23-压电俘能供电装置，28-桥式整流电路，29-滤波电容，30-蓄电池，31-温度传感器，32-流量传感器，33-压力传感器，34-电流传感器；

图3为本发明具体实施方式中空气压缩机的压电俘能供电装置的结构示意图；

其中，24-支撑装置，25-全方位振子夹具，27-固有频率调节装置，28-桥式整流电路，29-滤波电容，30-蓄电池，35-监测传感模块，36-上层板，37-下层板，38-中层基板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。

本实施方式中，l型空气压缩机如图1所示。

一种收集机械振动能量的空压机状态检测系统，如图2所示，包括：压电俘能供电装置23、整流储能模块和监测传感模块。

所述压电俘能供电装置23，包括：支撑装置24、全方位振子夹具25、压电俘能振子26和固有频率调节装置27。

本实施方式中，支撑装置24为支撑杆，固有频率调节装置27为固有频率调节质量块。

所述整流储能模块，包括：桥式整流电路28、滤波电容29、蓄电池30。

所述监测传感模块35，包括：温度传感器31、流量传感器32、压力传感器33、电流传感器34。

本实施方式中，如图3所示，所述支撑装置24的下端通过螺纹连接于空气压缩机电机箱体上方，所述全方位振子夹具25通过螺纹连接于支撑装置24的上端，所述压电俘能振子26和固有频率调节装置27均有4个，所述4个压电俘能振子26的一端通过螺纹与全方位振子夹具25相连，所述4个固有频率调节质量块胶合固定于对应4个压电俘能振子26的另一端。

本实施方式中，所述各压电俘能振子26表面引出电极通过导线连接桥式整流电路28的一端，所述桥式整流电路28的另一端连接滤波电容29的一端、电流传感器34的输入端、蓄电池30的输入端，所述滤波电容29并联于桥式整流电路28与电流传感34器之间，所述电流传感器34的输出端连接蓄电池30的输入端，所述蓄电池30的输出端连接温度传感器31的输入端、压力传感器33的输入端和流量传感器32的输入端，所述温度传感器31安装于空气压缩机主机喷油口下端，所述压力传感器33安装于空气压缩机最小压力阀到排气端之间的管路上，所述流量传感器32安装于空气压缩机风包出口管道或干燥机后方。

所述压电俘能振子26包括上层板36、下层板37和中层基板38。所述上层板36、下层板37和中层基板38通过胶合固定。

所述上层板36和下层板37均为压电陶瓷材料。所述中层基板38为铜质金属板。

上述收集机械振动能量的空压机状态检测系统的工作过程如下所述：

在空气压缩机正常工作状态下，空气压缩机主机产生的振动为激振源使压电俘能振子26进行受迫振动，而压电俘能振子26固有频率通过其固有频率调节装置27的调节，已经与空气压缩机正常工作时的激励频率相接近，也可以调节为任意特定工作频率如超频、低频等，从而使压电俘能振子26形成共振效应，使其大幅度振动形变。压电俘能振子26上的压电陶瓷材料在形变过程中通过正压电效应不断将动能转化为电能，由于共振效应的存在，此时压电俘能振子26输出电能为最大值。为克服压电陶瓷材料过脆易断裂的特点、同时提高灵敏度与电能输出，采用铜质金属基板结合上下双层压电陶瓷材料复合为压电俘能振子26。然后由压电俘能振子26表面接出电极连通导电线路，由于压电俘能振子26输出电流为不稳定交流电，无法为传感器稳定供电。将导电线路另外一端连接至桥式整流电路28，将交流电整流为直流电后经滤波电容29滤波处理，将稳定直流电供给各传感器，其中还将部分转化电能存储在蓄电池30中以便在空气压缩机电机故障，不能提供足够机械能时，为传感器供电。此外，本发明采用多方向并联压电振子布置与双面压电陶瓷复合振子，大大提升了供电模块的发电能力。并且当受到外界激励的时候，压电振子可以利用自身的惯性产生振动持续，不受到人为参与便能实现机械能与电能之间的转换，达到自动化且稳定的效果。