基于驰振的生态流量监测仪自供电设备

1.本实用新型属于流致振动能量采集技术领域，具体涉及一种基于驰振的生态流量监测仪自供电设备。


背景技术：

2.引水式电站的建设，会截断河流，为了不破坏电站下游河流湖泊等的生态环境，需要下泄满足下游生态环境所需的生态流量，但是下泄流量的存在会影响电站的发电量，因此水电站在执行下泄生态流量任务时会存在少放甚至不放的情况，这将对下游的生态环境产生极大的负面影响。为了解决这一问题，监管部门以及环境部门等需要对电站下泄的生态流量进行实时监测，生态流量监测仪保证了下游生态环境不会遭受破坏。
3.为了满足流量监测的需要，生态流量监测仪时常需要搭设在野外以及偏远地区。传统使用接入市电的方法需要为监测点铺设大量的电缆线路，成本较为高昂；使用太阳能供电的成本相对较低，但是受到天气影响较大，如碰上连续的阴雨天气，则无法持续供电导致生态流量监测仪不能正常工作；使用蓄电池供电较为方便，但是存在化学电池的更换以及化学电池的处理所带来的环境污染问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供基于驰振的生态流量监测仪自供电设备，解决了目前如何优化生态流量监测仪的环境适应度、自供电以及持续供电的一部分问题。
5.本实用新型所采用的技术方案是，
6.基于驰振的生态流量监测仪自供电设备，包括两个相对设置的支架，每个支架的底部设置有稳固件，两个支架的顶部设置有横梁，横梁竖直贯穿固定有连接杆，连接杆的底端螺栓连接有悬臂梁，悬臂梁上设置有mfc压电片，悬臂梁在远离连接杆的一端连接有椭圆柱，mfc压电片的两个电极通过导线连接至整流滤波电路、还通过导线连接储能电路。
7.每个支架包括两根相对设置的竖杆，两根竖杆的上端通过螺栓连接有横杆。
8.稳固件为地脚螺栓，地脚螺栓设置于每个竖杆的底端。
9.在设备设置于测量位置的情形下，椭圆柱在测量位置水流的冲击下发生驰振，进而带动悬臂梁和mfc压电片发生形变产生电荷，mfc压电片将产生的交流电经导线传输至整流滤波电路和储能电路。
10.横梁在靠近其两端的位置设置开设有固定孔，固定孔上配置有螺钉。
11.连接杆贯穿于横梁的中间位置，横梁在对应贯穿口的一侧开设螺纹孔，螺纹孔配置有顶丝，顶丝用于通过松紧调节连接杆的上下位置。
12.本实用新型的有益效果是：本实用新型基于驰振的生态流量监测仪自供电设备，通过利用生态流量本身的低速水流能，实现了生态流量监测仪的自供电以及持续供电，避免了传统供电方式存在的高昂成本、天气局限性以及环境污染等问题。使用超级电容作为储能元件，在一定程度上避免了化学蓄电池带来的环境污染问题。
附图说明
13.图1是本实用新型基于驰振的生态流量监测仪自供电设备的结构示意图；
14.图2是本实用新型基于驰振的生态流量监测仪自供电设备中整流滤波电路的电路示意图；
15.图3是本实用新型基于驰振的生态流量监测仪自供电设备中储能电路的电路示意图；
16.图4是本实用新型基于驰振的生态流量监测仪自供电设备中整流滤波电路和储能电路与mfc压电片的连接示意图。
17.图中，1.支架，2.横梁，3.连接杆，4.悬臂梁，5.mfc压电片，6.椭圆柱，7.地脚螺栓，8.螺钉，9.顶丝，10.整流滤波电路，11.储能电路。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型基于驰振的生态流量监测仪自供电设备进行进一步详细说明。
19.本实用新型基于驰振的生态流量监测仪自供电设备的支架1通过地脚螺栓7被固定在被测量位置，支架1上设有可移动的横梁2，连接杆3通过螺栓被竖直固定在横梁2上，连接杆3的底部通过两个螺栓连接悬臂梁4，悬臂梁4上粘贴有mfc压电片5，悬臂梁4的底部插在椭圆柱6的凹槽中，mfc压电片5的两个电极通过导线与整流滤波电路10连接，再通过导线与储能电路11连接。技术的路线为：生态流量的低速水流流经椭圆柱6，使得椭圆柱6发生驰振，从而带动mfc压电片5发生形变产生电荷，通过整流、滤波、稳压单元后被储存在超级电容中，从而实现生态流量监测仪的自供电。
20.在本实用新型基于驰振的生态流量监测仪自供电设备的具体实施例中，采用铜质的悬臂梁4，悬臂梁4的长度为100mm，宽度为20mm，厚度为0.6mm，密度为8.9g/cm3，杨氏模量为110gpa；mfc压电片5的长度为28mm，宽度为14mm，厚度为0.3mm，密度为5.44g/cm3，杨氏模量为33.336gpa，压电应变系数为-170pc/n，介电常数为14.04nf/m；椭圆柱的长径为50mm，短径为20mm,长度为100mm，质量为200g，材料为树脂。
21.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。支架通过地脚螺栓被固定在被测量河道，mfc压电片5通过ab胶按照a:b＝1:2的用量粘贴在悬臂梁4上，并且还需要在烘箱中以135℃的温度烘烤1小时；
22.两个支架1上端搭载有一根横杆。
23.横梁两端各开一个孔，两个支架各开一个螺纹孔，通过螺钉8连接固定。
24.连接杆3插在横梁2的中心处，在横梁2的一侧开设螺纹孔，通过顶丝9将连接杆3悬空竖直固定，从而实现连接杆3上下位置的调整。
25.椭圆柱6在水流冲击下发生驰振，带动悬臂梁4和mfc压电片5发生形变从而产生电荷。
26.mfc压电片5产生的交流电由导线传输至整流滤波电路，经整流滤波电路处理后再通过导线流入储能电路，经过储能电路包含的稳压单元后，被储存在经过储能电路包含的超级电容中。
27.整流滤波电路10包括由四个二极管d1、d2、d3、d4组成的整流电路桥与一个容量为
47μf的滤波电容c1组成，并由此实现整流滤波功能。
28.储能电路11由一个型号为pw2815的稳压单元与一个容量为1f的超级电容c4组成，由mfc压电片产生的交流电经过所述的整流滤波电路10后，经过稳压被储存在超级电容c4中.
29.本实用新型基于驰振的生态流量监测仪自供电设备的工作原理为：椭圆柱6在水流的冲击下，产生作用在椭圆柱6上的驰振水动力，使得椭圆柱6发生驰振，至此实现低速水流能转化为振动能；椭圆柱6发生驰振带动粘贴在悬臂梁4上的mfc压电片5发生形变，产生压电效应形成电荷，由mfc压电片5产生的交流电经过整流滤波电路10后变为直流电，再经过储能电路11的稳压模块，最后被储存在超级电容中，从而实现生态流量监测仪的自供电。
30.本实用新型基于驰振的生态流量监测仪自供电设备，通过可拆卸式地结构设计，提升了设备的便捷度，通过驰振带动产生电荷，从而实现生态流量监测仪的自供电，其在一定程度上提升了生态流量监测仪的适用性，提升了其性能和寿命，降低了其由于更换蓄电池所带来的环境污染问题，具有一定的实用意义。


技术特征：
1.基于驰振的生态流量监测仪自供电设备，其特征在于，包括两个相对设置的支架(1)，每个所述支架(1)的底部设置有稳固件，两个所述支架(1)的顶部设置有横梁(2)，所述横梁(2)竖直贯穿固定有连接杆(3)，所述连接杆(3)的底端螺栓连接有悬臂梁(4)，所述悬臂梁(4)上设置有mfc压电片(5)，所述悬臂梁(4)在远离连接杆(3)的一端连接有椭圆柱(6)，所述mfc压电片(5)的两个电极通过导线连接至整流滤波电路、还通过导线连接储能电路。2.根据权利要求1所述的基于驰振的生态流量监测仪自供电设备，其特征在于，每个所述支架(1)包括两根相对设置的竖杆，两根所述竖杆的上端通过螺栓连接有横杆。3.根据权利要求2所述的基于驰振的生态流量监测仪自供电设备，其特征在于，所述稳固件为地脚螺栓(7)，所述地脚螺栓(7)设置于每个竖杆的底端。4.根据权利要求1所述的基于驰振的生态流量监测仪自供电设备，其特征在于，在设备设置于测量位置的情形下，所述椭圆柱(6)在测量位置水流的冲击下发生驰振，进而带动所述悬臂梁(4)和mfc压电片(5)发生形变产生电荷，所述mfc压电片(5)将产生的交流电经导线传输至整流滤波电路(10)和储能电路(11)。5.根据权利要求1所述的基于驰振的生态流量监测仪自供电设备，其特征在于，所述横梁(2)在靠近其两端的位置设置开设有固定孔，所述固定孔上配置有螺钉(8)。6.根据权利要求1所述的基于驰振的生态流量监测仪自供电设备，其特征在于，所述连接杆(3)贯穿于横梁(2)的中间位置，所述横梁(2)在对应贯穿口的一侧开设螺纹孔，所述螺纹孔配置有顶丝(9)，所述顶丝(9)用于通过松紧调节连接杆(3)的上下位置。

技术总结
本实用新型公开了基于驰振的生态流量监测仪自供电设备，包括两个相对设置的支架，每个支架的底部设置有稳固件，两个支架的顶部设置有横梁，横梁竖直贯穿固定有连接杆，连接杆的底端螺栓连接有悬臂梁，悬臂梁上设置有MFC压电片，悬臂梁在远离连接杆的一端连接有椭圆柱，MFC压电片的两个电极通过导线连接至整流滤波电路、再通过导线连接储能电路。本实用新型通过可拆卸式地结构设计，提升了设备的便捷度，通过驰振带动产生电荷，从而实现生态流量监测仪的自供电，其在一定程度上提升了生态流量监测仪的适用性，提升了其性能和寿命，降低了其由于更换蓄电池所带来的环境污染问题，具有一定的实用意义。有一定的实用意义。有一定的实用意义。


技术研发人员：胡珅 黄秋红 赵道利
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2022.05.11
技术公布日：2022/12/16