深水航行器速度检测及自供能系统

本发明涉及压电能源领域中的航行器，尤其涉及一种深水航行器速度检测及自供能系统。

背景技术：

1、能源产业作为社会存在与前进的基础产业，在过去两个多世纪以来，以化石燃料为基础的能源系统极大地促进了人类社会的进步和发展。但大规模使用化石燃料已经对全球经济发展带来了严重的环境恶化。因此，国际上将新能源开发及利用作为应对能源危机的主要研究课题。新能源包括太阳能、风能、海洋能、氢能及其他可再生能源。近年来随着纳米技术与材料科学的进步，新型清洁能源的利用技术已经取得巨大进步，形成了以纳米技术为依托的新一代清洁能源利用技术，包括能量收集、转换、存储和利用。该能源系统的发展极大地促进清洁能源高效利用的技术革新，促进相关产业的技术升级，并为缓解当下能源问题指引了方向。

2、通过水下探测、水下作业、军事侦察为建设海洋强国发挥巨大作用。

3、水下航行器为了实现速度的测量会采用大量的速度传感器，在恶劣的水下环境，传感器容易出现故障，使速度测量出现误差，并由于耦合关系导致造成系统性能的失控。这类故障成为了一个有待解决的关键问题。而利用压电传感技术能够实现速度的检测并且不需要外接电源通过其压电效应便可完成传感器的自供电。

4、因此需要提供一种利用水流来实现自供能的深水航行器的速度检测系统，来提高速度检测时的误差的同时，避免采用大量的速度传感器，并提升航行器工作时的稳定性。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种深水航行器速度检测及自供能系统，该系统利用水流来实现深水航行器的自供能，以及深水航行器的速度检测；解决了现有技术中航行器为完成速度检测需要采用大量速度传感器的技术问题，且提升了航行器工作时的稳定性。

2、技术方案：本发明深水航行器速度检测及自供能系统包括导流帽和壳体；壳体内有电流产生组件、带有导线孔的连接环、导电环、速度检测电路，以及带有电容的能量收集电路；

3、电流产生组件包括中心轴、压电转子、螺旋浆和轴承组件，压电转子穿过并固定在中心轴上；螺旋浆固定在压电转子上，压电转子外侧分布有压电陶瓷片，相邻的压电陶瓷片之间分布有至少一个ptfe小球；螺旋浆在水流作用下带动压电转子转动，进而驱动ptfe小球碰撞压电陶瓷片来产生电流并输送至速度检测电路中对航行器的速度识别；

4、连接环位于压电转子的一端；

5、能量收集电路对电流转换后将电能储存进电容。

6、压电转子外侧设有立板，压电陶瓷片设在立板上。压电陶瓷片的作用是通过正压电效应产生电流，通过识别电流的大小来检测航行器的速度并收集能量实现自供能。

7、轴承组件包括角接触轴承组件和轴承垫圈，角接触轴承组件位于中心轴的两端。

8、压电转子上设有卡扣，螺旋浆通过卡扣固定在压电转子上。

9、壳体包括前盖和后盖，前盖和后盖组合形成密闭空间结构。

10、压电陶瓷与导电环之间连接有导线，导线穿过连接环的导线孔。

11、导电环位于后盖内。

12、工作原理：本发明深水航行器速度检测及自供能系统安装在深水航行器的两侧，在航行器航行时，利用航行器与水流的相对速度形成的水流推动螺旋桨转动，由于螺旋桨与压电转子之间的固定，使得压电转子也随螺旋浆转动。而ptfe小球随着压电转子的转动与压电陶瓷片发生碰撞，然后压电陶瓷片发生正压电效应，从而产生强弱不一的电流，反映了水流通过的速度，产生的电流通过导电环，将在旋转状态下的压电转子产生的电流平稳输送到置于后盖中的速度检测电路和能量收集电路中，由速度检测电路和完成速度检测和能量收集电路整个系统的自供能。

13、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

14、(1)本发明利用水流来实现深水航行器的自供能，利用压电效应产生的电流，实现所需的检测功能并且整个检测及自供能系统无需外界供能，产生的电流完成检测系统自身的能量供应，避免了航行器为完成速度检测需要采用大量速度传感器，当在恶劣环境中有极大的适应性，不容易出现故障使航行器由于耦合关系出现系统性能的失控，提升了航行器工作时的稳定性。

15、(2)本发明在中心轴的两端均安装了角接触轴承，在水流推动螺旋桨使压电转子转动时更加灵活。本发明利用压电发电，为航行器的速度检测提供的新方式，减少了对速度传感器的供能，提高了航行器对电能的利用率及整体的可靠性。

16、(3)本发明的速度检测是不停歇的，只要航行器开始对水流有相对运动，就使压电转子发生运动检测航行器的速度并提供能量，使得航行器的速度检测具有连续性。

技术特征：

1.一种深水航行器速度检测及自供能系统，其特征在于：包括导流帽(1)和壳体；所述壳体内有电流产生组件、带有导线孔的连接环(10)、导电环(11)、速度检测电路(13)，以及带有电容的能量收集电路(14)；

2.根据权利要求1所述的深水航行器速度检测及自供能系统，其特征在于：所述压电转子(6)外侧设有立板，所述压电陶瓷片(7)设在所述立板上。

3.根据权利要求1所述的深水航行器速度检测及自供能系统，其特征在于：所述轴承组件包括角接触轴承组件和轴承垫圈(5)，所述角接触轴承组件位于所述中心轴(3)的两端。

4.根据权利要求1所述的深水航行器速度检测及自供能系统，其特征在于：所述压电转子(6)上设有卡扣，所述螺旋浆(9)通过卡扣固定在压电转子(6)上。

5.根据权利要求1所述的深水航行器速度检测及自供能系统，其特征在于：所述壳体包括前盖(2)和后盖(12)，所述前盖(2)和后盖(12)组合形成密闭空间结构。

6.根据权利要求1所述的深水航行器速度检测及自供能系统，其特征在于：所述压电陶瓷(7)与导电环(11)之间连接有导线，所述导线穿过所述连接环(10)的导线孔。

7.根据权利要求5所述的深水航行器速度检测及自供能系统，其特征在于：所述导电环(11)位于所述后盖(12)内。

技术总结
本发明公开了一种深水航行器速度检测及自供能系统，包括导流帽和壳体；壳体内有电流产生组件、带有导线孔的连接环、导电环、速度检测电路，以及带有电容的能量收集电路；电流产生组件包括中心轴、压电转子、螺旋桨和轴承组件，压电转子固定在中心轴上；螺旋桨固定在压电转子上，压电转子外侧分布有压电陶瓷片，相邻的压电陶瓷片之间分布有PTFE小球；螺旋桨在水流作用下带动压电转子转动，进而驱动PTFE小球碰撞压电陶瓷片来产生电流并输送至速度检测电路中识别航行器速度；能量收集电路对电流转换后将电能储存进电容。本发明利用水流进行深水航行器自供能和速度检测，解决了目前采用大量速度传感器的技术问题，提高了航行器工作时稳定性。

技术研发人员：李冲,马永祺,王佳,方记文,吕明明,张国兴
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13