一种波浪启发的多稳态振动能量收集装置

本发明涉及仪器科学与工程，尤其是涉及一种波浪启发的多稳态振动能量收集装置。

背景技术：

1、无线传感网络技术是一种分布式传感网络，系统的末端是由无数个可感知和监测外部的传感器组成。传感器之间通过无线方式组成网络通信系统，构成可以协作感知、采集和处理网络覆盖区域的环境参数。而监测设备或环境的各类参数，如温度、压力、应力、湿度等需要大量的传感器节点，每个传感器节点均需要提供一定的电能。

2、目前，传感器节点大多采用化学电池供电，但节点的使用寿命与容量有限的电池之间的矛盾越来越激烈。一方面传感器节点往往尺寸较小无法配置大容量的电池，这就导致节点的使用寿命受到了制约；另一方面，频繁的更换电池也为网络的维护带来了巨大的工作量，间接提升了网络部署的成本。尤其是对于一些部署在艰苦恶劣环境中的监测网络来说，每次维护都需要耗费巨大的人力和财力，甚至由于所处环境位置偏远或难以进行二次维护等原因导致根本无法进行电池的更换或充电操作。

技术实现思路

1、为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：一种波浪启发的多稳态振动能量收集装置，包括：底座；支撑部件，设置在所述底座上；波浪启发发电梁，固定于所述支撑部件上；第一限位部件，设置在所述底座上，用于使所述波浪启发发电梁保持预变形形状；第二限位部件，设置在所述支撑部件上；施力部件，设置在所述波浪启发发电梁上；以及电量收集模块，与所述压电片连接。

2、优选的，所述波浪启发发电梁包括波浪启发梁和压电片，所述压电片固定安装在所述波浪启发梁上。

3、优选的，所述压电片通过环氧树脂或者聚丙烯中的其中一种与所述波浪启发梁固定，且所述压电片对称分布在所述波浪启发梁的上下表面。

4、优选的，所述压电片的材料为聚偏二氟乙烯。

5、优选的，所述施力部件包括横梁和质量块，所述横梁设置在所述波浪启发梁的中间位置，所述质量块设置在所述横梁上。

6、优选的，所述质量块包括两个，且分别设置在所述横梁的两个端部。

7、优选的，所述横梁焊接在所述波浪启发梁的中间位置。

8、优选的，所述支撑部件包括两个矩形支撑板。

9、优选的，所述第一限位部件包括两个矩形限位板，且两个所述限位板对称设置在两个所述支撑板之间，在所述限位板上开设有孔，用于使所述波浪启发发电梁穿设通过所述限位板。

10、优选的，所述第二限位部件包括一个矩形限位板，且设置在所述第一限位部件以及所述支撑部件的顶部。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过波浪启发发电梁感应周围环境的振动，通过质量块带动横梁上下运动，波浪启发梁产生应变，使得与波浪启发梁固定的压电片产生应变，从而产生电能。当受到轻微振动时，横梁容易失去平衡，从而可以带动发电梁动，同时当波浪启发发电梁发生阱间运动即在平衡状态1和状态2之间运动，突破了势能壁垒，同时会伴随着大量能量释放，能高效的收集周围环境的振动能从而转换为电能，而且能够在野外无人区或恶劣环境中工作，应用范围广，实用性高。

技术特征：

1.一种波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，包括：底座(1)；支撑部件(2)，设置在所述底座(1)上；波浪启发发电梁，固定于所述支撑部件(2)上；第一限位部件(3)，设置在所述底座(1)上，用于使所述波浪启发发电梁保持预变形形状；第二限位部件(4)，设置在所述支撑部件(2)上；施力部件，设置在所述波浪启发发电梁上；以及电量收集模块，与所述压电片连接。

2.根据权利要求1所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述波浪启发发电梁包括波浪启发梁(7)和压电片(8)，所述压电片(8)固定安装在所述波浪启发梁(7)上。

3.根据权利要求2所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述压电片(8)通过环氧树脂或者聚丙烯中的其中一种与所述波浪启发梁(7)固定，且所述压电片(8)对称分布在所述波浪启发梁(7)的上下表面。

4.根据权利要求2所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述压电片(8)的材料为聚偏二氟乙烯。

5.根据权利要求2所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述施力部件包括横梁(5)和质量块(6)，所述横梁(5)设置在所述波浪启发梁(7)的中间位置，所述质量块(6)设置在所述横梁(5)上。

6.根据权利要求5所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述质量块(6)包括两个，且分别设置在所述横梁(5)的两个端部。

7.根据权利要求5所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述横梁(5)焊接在所述波浪启发梁(7)的中间位置。

8.根据权利要求1所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述支撑部件(2)包括两个矩形支撑板。

9.根据权利要求8所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述第一限位部件(3)包括两个矩形限位板，且两个所述限位板对称设置在两个所述支撑板之间，在所述限位板上开设有孔，用于使所述波浪启发发电梁穿设通过所述限位板。

10.根据权利要求8所述的波浪启发的多稳态振动能量收集装置，其特征在于，所述第二限位部件(4)包括一个矩形限位板，且设置在所述第一限位部件(3)以及所述支撑部件(2)的顶部。

技术总结
本发明涉及仪器科学与工程领域，且公开了一种波浪启发的多稳态振动能量收集装置，包括：底座；支撑部件，设置在所述底座上；波浪启发发电梁，固定于所述支撑部件上；第一限位部件，设置在所述底座上，用于使所述波浪启发发电梁保持预变形形状；第二限位部件，设置在所述支撑部件上；施力部件，设置在所述波浪启发发电梁上；以及电量收集模块，与所述压电片连接。本发明通过波浪启发梁感应周围环境的振动，使得与波浪启发梁固定的压电贴片产生应变，当波浪启发发电梁发生阱间运动，会伴随着大量能量释放，能高效的收集周围环境的振动能转换为电能。

技术研发人员：傅继阳,吴楠,白冰,熊超,何运成,赖敏仪
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15