一种基于交叉方形主梁的多方向宽频振动能量采集器转让专利
申请号 : CN202011623935.7
文献号 : CN112751505B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 王莹 , 梁美彦 , 王少锋
申请人 : 山西大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于交叉方形主梁的多方向宽频振动能量采集器,其特征在于:包括有柔性主梁(1)、第一压电采集棒(2)、第二压电采集棒(3)及压电采集片(4),所述柔性主梁(1)包括有水平方环(9)及竖直方环(10),所述水平方环(9)与竖直方环(10)垂直交叉为一体,所述第一压电采集棒(2)的末端垂直粘结固定于水平方环(9)的方形水平外侧表面,所述第二压电采集棒(3)的末端垂直粘结固定于水平方环(9)的上表面和竖直方环(10)的上下表面,所述压电采集片 (4)垂直于水平方环(9)、竖直方环(10)的轴线分布,固定端嵌入固定在水平方环(9)及竖直方环(10)的内壁,所述第一压电采集棒(2)及第二压电采集棒(3)包括有主芯(5)、柔性导电层(6)及柔性压电层(7),所述主芯(5)为圆柱结构,所述柔性导电层(6)包覆于主芯(5)的侧部表面,所述柔性压电层(7)粘贴于柔性导电层(6)的下部外表面。
2.根据权利要求1所述的一种基于交叉方形主梁的多方向宽频振动能量采集器,其特征在于:所述压电采集片(4)包括有基板(8)和柔性压电层(7),所述柔性压电层(7)使用导电银胶粘贴在基板(8)的一侧表面。
3.根据权利要求1所述的一种基于交叉方形主梁的多方向宽频振动能量采集器,其特征在于:所述第一压电采集棒(2)、第二压电采集棒(3)的个数均不小于1。
4.根据权利要求1所述的一种基于交叉方形主梁的多方向宽频振动能量采集器,其特征在于:所述柔性主梁(1)选用PDMS、聚甲基丙烯酸甲酯和天然橡胶中的一种。
5.根据权利要求2所述的一种基于交叉方形主梁的多方向宽频振动能量采集器,其特征在于:所述主芯(5)选用PDMS、聚甲基丙烯酸甲酯和天然橡胶中的一种,所述柔性导电层(6)选用铝箔和铜箔中的一种,所述柔性压电层(7)选用PVDF、PZT和ZnO中的一种,所述基板(8)选用铝和铜中的一种。
说明书 :
一种基于交叉方形主梁的多方向宽频振动能量采集器
技术领域
背景技术
供给成为了进一步推进其应用的关键问题。传统的电能供给存在一些无法克服的缺陷,如
化学电池体积大、寿命短、污染环境的问题,有线电源架接困难的问题,因而采集周围环境
中的能量转化为电能来满足无线传感网络或特殊领域微小型电子器件的自供电需求已成
为研究热点。其中振动能作为环境中存在形式最多的一种能量,广泛存在于自然环境中(如
风致振动、动物运动等)和人类生活生产环境中(如人体运动、汽车火车等运输工具、桥梁、
工矿设备等),与太阳能、风能等环境能量形式相比,振动能对无线传感网络和特殊领域微
小型电子器件具有明显的供电优势,只要外界存在振动,就可以通过能量采集装置持续收
集补充能量,因此振动能的采集利用具有着极大的实用价值。目前用于采集振动能的装置
被称为振动能量采集装置,其普遍是在特定频率范围内,实现单一方向的振动能量采集,因
此存在工作频带较窄、谐振频率高、能量采集方向单一的问题;同时装置在采集振动能量时
面对复杂振动环境时,振动频率随机多变,造成能量采集效率极低且输出的稳定性、连续性
极差,对环境的适用性不足。
发明内容
一及振动频率随机多变导致能量采集效率极低且输出稳定性、连续性极差,对环境的适用
性不足的问题。
有水平方环及竖直方环,所述水平方环与竖直方环垂直交叉为一体,所述第一压电采集棒
的末端垂直粘结固定于水平方环的方形表面,所述第二压电采集棒的末端垂直粘结固定于
水平方环的上表面和竖直方环的上下表面,所述压电采集片的形状呈三维放射状,末端嵌
入固定于柔性主梁的内壁。
面,所述柔性压电层粘贴于柔性导电层的下部外表面。
所述柔性导电层选用薄铝箔和铜箔中的一种。
动能量的采集;
同时可适时调节系统的有效频带宽度,提高能量采集器输出的连续性和稳定性,进而增强
振动能量采集器的环境适应能力。
适用性不足的问题。
附图说明
具体实施方式
括有水平方环9及竖直方环10,所述水平方环9与竖直方环10垂直交叉为一体,所述第一压
电采集棒2的末端垂直粘结固定于水平方环9的方形表面,所述第二压电采集棒3的末端垂
直粘结固定于水平方环9的上表面和竖直方环10的上下表面,所述压电采集片5的形状呈三
维放射状,末端嵌入固定于柔性主梁1的内圈,其中:所述第一压电采集棒2及第二压电采集
棒3包括有主芯5、柔性导电层6及柔性压电层7,所述主芯5为圆柱结构,所述柔性导电层6包
覆于主芯5的侧部表面,所述柔性压电层7粘贴于柔性导电层6的下部外表面;所述压电采集
片4包括有基板8和柔性压电层7,所述柔性压电层7使用导电银胶粘贴在基板8的一侧表面;
所述柔性主梁1选用PDMS、聚甲基丙烯酸甲酯和天然橡胶中的一种;所述主芯5选用PDMS、聚
甲基丙烯酸甲酯和天然橡胶中的一种,所述柔性导电层6选用薄铝箔和铜箔中的一种,所述
柔性压电层7选用PVDF、PZT和ZnO中的一种,所述基板8选用铝和铜中的一种。
第一压电采集棒2的末端垂直粘结固定于水平方环9的方形表面,所述第二压电采集棒3的
末端垂直粘结固定于水平方环9的上表面和竖直方环10的上下表面,所述压电采集片5的形
状呈三维放射状,末端嵌入固定于柔性主梁1的内圈,其中:所述第一压电采集棒2及第二压
电采集棒3包括有主芯5、柔性导电层6及柔性压电层7,所述主芯5为圆柱结构,所述柔性导
电层6包覆于主芯5的侧部表面,所述柔性压电层7粘贴于柔性导电层6的下部外表面;所述
压电采集片4包括有基板8和柔性压电层7,所述柔性压电层7使用导电银胶粘贴在基板8的
一侧表面;所述柔性主梁1选用PDMS、聚甲基丙烯酸甲酯和天然橡胶中的一种;所述主芯5选
用PDMS、聚甲基丙烯酸甲酯和天然橡胶中的一种,所述柔性导电层6选用薄铝箔和铜箔中的
一种,所述柔性压电层7选用PVDF、PZT和ZnO中的一种,所述基板8选用铝和铜中的一种。
所述第一压电采集棒2的末端垂直粘结固定于水平方环9的方形表面,所述第二压电采集棒
3的末端垂直粘结固定于水平方环9的上表面和竖直方环10的上下表面,所述压电采集片5
的形状呈三维放射状,末端嵌入固定于柔性主梁1的内圈,其中:所述第一压电采集棒2及第
二压电采集棒3包括有主芯5、柔性导电层6及柔性压电层7,所述主芯5为圆柱结构,所述柔
性导电层6包覆于主芯5的侧部表面,所述柔性压电层7粘贴于柔性导电层6的下部外表面;
所述压电采集片4包括有基板8和柔性压电层7,所述柔性压电层7使用导电银胶粘贴在基板
8的一侧表面;所述柔性主梁1选用PDMS、聚甲基丙烯酸甲酯和天然橡胶中的一种;所述主芯
5选用PDMS、聚甲基丙烯酸甲酯和天然橡胶中的一种,所述柔性导电层6选用薄铝箔和铜箔
中的一种,所述柔性压电层7选用PVDF、PZT和ZnO中的一种,所述基板8选用铝和铜中的一
种。
动能传递给压电采集片和压电采集棒,导致压电采集片和压电采集棒出现弹性振动,弹性
振动可使压电采集片和压电采集棒产生形变,从而使基板和主芯上的压电片发生形变,从
而产生电信号。其中,压电采集片4可采集水平和竖直方向振动能量,第一压电采集棒2可采
集任一竖直平面内的振动能量,第二压电采集棒3可采集任一水平方向的振动能量,从而实
现多方向振动能量的采集;另外通过调节压电采集棒的尺寸、数量及位置,可以实现不同压
电采集棒的振动模态分离,拓宽系统工作频带,能更加有效的对外界振动能量进行采集;同
时可适时调节系统的有效频带宽度,提高能量采集器输出的连续性和稳定性,进而增强振
动能量采集器的环境适应能力。
精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。