一种基于尾流激振效应的自供电式生态流量监测仪

1.本实用新型属于河道生态流量监测装置技术领域，涉及一种基于尾流激振效应的自供电式生态流量监测仪。


背景技术：

2.很多引水式水电站为了集中落差，将水流通过渠道或有压隧洞引向下游厂房发电，为了不破坏原河道的生态环境，需在原河道保留一定的生态流量，但由于下泄流量会减少发电量，水电站在执行生态流量时存在少放甚至不放的问题，为了保障生态流量的下泄，政府部门需要实时监测生态流量的实际执行情况。主要措施是在辖区域选择合理位置布设流量观测仪器，将这些流量变化数据实时传送到水利部门，进行监督管理。由于这些流量观测井广泛分布在城镇、野外等地，从而给管理带来一定的困难。这些困难一是偏远地区不变工作人员数据的收集；二是分布在广大区域内监测仪的供电问题，特别是野外流量观测使用的电力线供电或太阳能电池供电，前者经济也不方便，后者电力供给不稳定，易受天气（如连续阴雨天）的影响，给监测仪的合理分布点造成困难。因此解决水流量监测仪远程数据采集和解决供电问题是保证流量监测正常进行的重要课题。
3.但是，在目前的流量监测工作中，使用的生态流量监测仪供电方式主要为电力线供电、太阳能电池供电，但它的缺点也很明显，电力线供电成本高，不便利。太阳能电池供电由于太阳能能量密度低，在连续阴雨时会有观测断点的情况，而在这些时间恰巧是进行流量监测的重点时间。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种基于尾流激振效应的自供电式生态流量监测仪，利用生态流量水流的尾流激振进行发电，从而实现生态流量监测仪的自供电。
5.本实用新型所采用的技术方案是，一种基于尾流激振效应的自供电式生态流量监测仪，包括支架，支架下表面中间固定有压电俘能器，支架下表面一侧中间固定有阻流体，支架另一侧下方设置有压力传感器，压力传感器通过导线电连接有蓄电池，蓄电池固定在支架上表面，蓄电池还通过导线分别连接有能量耦合电路和处理器，处理器通过导线连接有无线通讯模块，蓄电池还通过导线连接无线通讯模块，能量耦合电路通过导线连接压电俘能器，处理器还通过导线连接压力传感器。
6.本实用新型的特征还在于，
7.支架包括两个相互平行且对应设置的固定横梁，两个固定横梁的中间和两端均共同固定有一筋梁，压电俘能器固定在中间的筋梁下表面的中间，阻流体固定在一侧的筋梁中间，压力传感器位于另一侧筋梁中间的正下方，两个固定横梁的两端下表面呈堆成设置有伸缩支架腿。
8.支架上表面固定有罩体，蓄电池、能量耦合电路、处理器及无线通讯模块位于罩体内。
9.压电俘能器包括悬臂梁，悬臂梁下端固定有压电片基板，压电片基板下端固定有振动体，压电片基板表面上固定设置有压电片，压电片上端呈对称连接有铜电极，铜电极通过导线电连接能量耦合电路。
10.能量耦合电路包括铜电极连接的整流桥，整流桥还通过导线电连接有滤波电路、稳压器及充电保护电路，充电保护电路通过导线连接蓄电池。
11.本实用新型的有益效果是：
12.本实用新型利用压电俘能器对蓄电池中的电量进行补充，为生态流量监测其他部件提供电能，解决生态流量监测仪远距离供电麻烦的问题，用生态流量本身的水流能量进行发电，从而实现生态流量监测仪的自供电。
附图说明
13.图1是本实用新型一种基于尾流激振效应的自供电式生态流量监测仪的结构示意图；
14.图2是本实用新型一种基于尾流激振效应的自供电式生态流量监测仪的电路连接图；
15.图3是本实用新型一种基于尾流激振效应的自供电式生态流量监测仪中压电俘能器的结构示意图；
16.图4是本实用新型一种基于尾流激振效应的自供电式生态流量监测仪中能量耦合电路的电路连接图。
17.图中，1.阻流体，2.悬臂梁，3.压电片，4.振动体，5.压力传感器，6.支架，7.固定横梁，8.罩体，9.蓄电池，10.能量耦合电路，11.处理器，12.无线通讯模块，13.压电俘能器，14.压电片基板，15.铜电极，16.整流桥，17.滤波电路，18.稳压器，19.充电保护电路；
[0018]6‑
1.筋梁，6
‑
2.伸缩支架腿。
具体实施方式
[0019]
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
[0020]
本实用新型一种基于尾流激振效应的自供电式生态流量监测仪，其结构如图1所示，包括支架6，支架6下表面中间固定有压电俘能器13，支架6下表面一侧中间固定有阻流体1，支架6另一侧下方设置有压力传感器5，如图2所示，压力传感器5通过导线电连接有蓄电池9，蓄电池9固定在支架6上表面，蓄电池9还通过导线分别连接有能量耦合电路10和处理器11，处理器11通过导线连接有无线通讯模块12，蓄电池9还通过导线连接无线通讯模块12，能量耦合电路10通过导线连接压电俘能器13，处理器11还通过导线连接压力传感器5。
[0021]
支架6包括两个相互平行且对应设置的固定横梁7，两个固定横梁7的中间和两端均共同固定有一筋梁6
‑
1，压电俘能器13固定在中间的筋梁6
‑
1下表面的中间，阻流体1固定在一侧的筋梁6
‑
1中间，压力传感器5位于另一侧筋梁6
‑
1中间的正下方，两个固定横梁7的两端下表面呈堆成设置有伸缩支架腿6
‑
2。
[0022]
支架6上表面固定有罩体8，蓄电池9、能量耦合电路10、处理器11及无线通讯模块12位于罩体8内。
[0023]
如图3所示，压电俘能器13包括悬臂梁2，悬臂梁2下端固定有压电片基板14，压电
片基板14下端固定有振动体4，压电片基板14表面上固定设置有压电片3，压电片3上端呈对称连接有铜电极15，铜电极15通过导线电连接能量耦合电路10。
[0024]
如图4所示，能量耦合电路10包括铜电极15连接的整流桥16，整流桥16还通过导线电连接有滤波电路17、稳压器18及充电保护电路19，充电保护电路19通过导线连接蓄电池9。
[0025]
本实用新型的设置压电俘能器13和阻流体1的筋梁6
‑
1滑动设置在固定横梁7上，用于调节两者间距，实现激振力和激振频率的改变。
[0026]
本实用新型的伸缩支架腿6
‑
2由两个粗细不同的空心管组成，且空心管上设置有若干弹性凸快，而粗空心管上设有对应的若干卡孔。
[0027]
本实用新型设置伸缩支架腿6
‑
2方便根据实际需求调节装置长短，以适应不同深度的河道。
[0028]
本实用新型的压电片为mfc材质，且压电片呈矩形。
[0029]
本实用新型的工作原理为：将包含振动体和压力传感器的一侧安装于流体流到区域中，另一端安装于无流体的区域中，防止导电区域受到流体的腐蚀，损坏压电片，非工作状态下，即流体不流动，振动体静止时，压电片处于自然状态，保持静止。工作时，流体流经上游阻流体所产生的脱落涡街作用在下游振动体上产生尾流激振效应，引导压电片随之振动；压电片在振动过程中，为抵抗变化会在材料表面产生等量的正负电荷，从而产生交变电压，该电压可通过能量耦合电路进行收集，储存于蓄电池当中，蓄电池连接压力传感器，处理器和无线通讯模块的电源线，为他们持续供电。处理器内部cpu依据对应程序进行内部对传感器信号进行解码、计算，绘制水位
‑
流量关系曲线进行插值计算出流量值，无线传输模块将监测数据传递至监测站。