磁致振动压电结合摩擦电的能量收集测试系统及其方法与流程

1.本发明涉及振动能量收集效率的测试技术，具体是一种磁致振动压电结合摩擦电的能量收集测试系统、以及测试方法。


背景技术：

2.振动能是一种存在范围很广的能量形式，可以说振动源无处不在。常见的将机械振动转化为电能的收集形式为压电式，其在风电的振动能收集中应用较为普遍。
3.振动能量的收集效率，取决于适合振动频率的收集形式。因而，研究振动频率对收集形式的收集效率影响，是研究振动能量收集技术的关键，具有普遍意义。
4.在已公开的技术中，披露较多的是如何设计收集技术，未考虑振动频率对收集形式的收集效率影响，至少在目前未见有与本技术相关的技术被披露。


技术实现要素：

5.本发明的技术目的在于：针对于振动能量收集技术的特殊性，自主研发一种能够获得振动频率对压电式收集效率和摩擦式收集效率带来影响的磁致振动压电结合摩擦电的能量收集测试系统、以及测试方法。
6.本发明的技术目的通过下述技术方案实现，一种磁致振动压电结合摩擦电的能量收集测试系统，所述能量收集测试系统包括：
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激振器，所述激振器用作输出试验要求的振动频率；
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主动板，所述主动板安装在所述激振器上；所述主动板的长度方向两端具有在同一侧凸起成型的第一立臂和第二立臂，所述第一立臂上连接有一端处于悬空状态的第一悬铜片、且所述第一悬铜片上装配有第一主动侧磁铁，所述第二立臂上连接有一端处于悬空状态的第二悬铜片、且所述第二悬铜片上装配有第二主动侧磁铁，所述第一主动侧磁铁与所述第二主动侧磁铁保持轴向对应配合；所述第一悬铜片和/或所述第二悬铜片上连接有对应的压电纤维片，所述压电纤维片与对应的外载电阻形成压电能回路；所述第一立臂与所述第二立臂之间的主动板型槽表面设置有主动侧电极组件；
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从动板，所述从动板以能够沿着所述主动板的长度方向进行滑动位移的方式装配在主动板的型槽内，所述从动板上装配有能够与所述主动板上的第一主动侧磁铁和第二主动侧磁铁形成轴向对应的从动侧磁铁，且所述从动侧磁铁与所述第一主动侧磁铁和所述第二主动侧磁铁保持同性相斥配合；所述从动板朝向所述主动板的型槽的表面设置有从动侧电极组件，所述从动侧电极组件和所述主动侧电极组件与对应的外载电阻形成摩擦电能回路；
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处理器，所述处理器用作收集所述压电能回路和所述摩擦电能回路的电压波数据。
7.作为优选方案之一，所述主动板的宽度方向两侧分别沿着长度方向排布有多个导向轮，与之对应的，所述从动板上具有供所述主动板宽度方向两侧的导向轮对应穿装的u型
结构导向槽，所述从动板通过所述导向槽与所述导向轮的滑动配合装配在所述主动板的型槽内。
8.作为优选方案之一，所述主动板的第一立臂凸起成型在所述主动板的对应端部一角处，所述第一立臂所连接的第一悬铜片一端沿着所述主动板的宽度方向延伸、且延伸段处于悬空状态；所述主动板的第二立臂凸起成型在所述主动板的对应端部一角处，所述第二立臂所连接的第二悬铜片一端沿着所述主动板的宽度方向延伸、且延伸段处于悬空状态。进一步的，所述第一立臂对应的主动板端部处具有沿着宽度方向成型的第一凸台，所述第一凸台与所述第一立臂呈l型配合，所述第一凸台的上方空间为所述第一悬铜片的振动空间；和/或，所述第二立臂对应的主动板端部处具有沿着宽度方向成型的第二凸台，所述第二凸台与所述第二立臂呈l型配合，所述第二凸台的上方空间为所述第二悬铜片的振动空间。所述主动板上的第一立臂和所述第二立臂呈对角排布结构。
9.作为优选方案之一，所述第一悬铜片上连接有第一压电纤维片，所述第二悬铜片上连接有第二压电纤维片，且所述第一压电纤维片与所述第二压电纤维片在主动板上形成中心对称配合。
10.作为优选方案之一，所述主动板的主动基板和所述从动板的从动基板分别以有机玻璃成型。
11.作为优选方案之一，所述从动侧电极组件主要由铜片和布置于所述铜片表面的介电材料组成。
12.作为优选方案之一，所述主动侧电极组件主要由铜片和布置于所述铜片表面的介电材料组成。
13.一种上述磁致振动压电结合摩擦电的能量收集测试系统的测试方法，所述测试方法包括下列步骤：步骤1. 根据试验要求，拟定激振器需要输出的各种不同振动频率；步骤2. 启动激振器，被振动的主动板带动从动板振动，从动板上的从动侧磁铁与主动板上的第一主动侧磁铁和第二主动侧磁铁发生同性相斥配合，从动板在主动板上进行往复滑动；步骤3. 按照步骤1中拟定的振动频率顺次，选择其中一种振动频率调节激振器，使从动板在主动板上的往复滑动按照设定振动频率进行；步骤4. 待步骤3中的从动板在主动板上的往复滑动趋于稳定之后，由处理器收集压电能回路和摩擦电能回路的电压波数据、并保存；步骤5. 重复步骤3和步骤4，直至步骤1中拟定的振动频率试验完毕；步骤6. 分析不同振动频率状态所对应的压电能数据和摩擦电能数据。
14.本发明的有益技术效果是：上述技术措施针对于振动能量收集技术的特殊性，能够有效获得振动频率对压电式收集效率和摩擦式收集效率带来的直接影响，从而能够可靠地指导压电式和摩擦式在不同工况环境的振动能收集技术中应用，以将振动能收集效率尽可能的最大化。
附图说明
15.图1为本发明的一种原理框图。
16.图2为本发明的一种结构示意图。
17.图3为图2中的从动板结构示意图。
18.图4为图3中的从动板在俯视方向的正投影视图。
19.图5为图2中的主动板结构示意图。
20.图中代号含义：1—从动板；11—从动基板；12—从动侧磁铁；13—导向槽；14—从动侧电极组件；2—主动板；21—主动基板；22—第一立臂；23—第一主动侧磁铁；24—第一压电纤维片；25—第一悬铜片；26—第二立臂；27—第二主动侧磁铁；28—第二压电纤维片；29—第二悬铜片；210—导向轮；211—主动侧电极组件；3—激振器；4—处理器；5—第一压电能回路；6—摩擦电能回路；7—第二压电能回路。
具体实施方式
21.本发明涉及振动发电的测试技术，具体是一种磁致振动压电结合摩擦电的能量收集测试系统、以及测试方法，下面以多个实施例对本发明的主体技术内容进行详细说明。其中，实施例1结合说明书附图
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即图1、图2、图3和图4对本发明的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；其它实施例虽未单独绘制附图，但其主体结构仍可参照实施例1的附图。
22.在此需要特别说明的是，本发明的附图是示意性的，其为了清楚本发明的技术目的已经简化了不必要的细节，以避免模糊了本发明贡献于现有技术的技术方案。
23.实施例1参见图1、图2、图3和图4所示，本发明为磁致振动压电结合摩擦电的能量收集测试系统，其包括激振器3、主动板2、从动板1和处理器4。
24.具体的，激振器3作为试验用的振动源，用作对主动板2输出试验要求的振动频率。设定主动板2的底侧表面与激振器3连接，即主动板2通过底侧表面安装在激振器3上。
25.主动板2具有由有机玻璃制成的主动基板21，该主动基板21为长方形板体结构。主动板2的长度方向一端具有朝着顶侧表面弯折成型的第一立臂22，主动板2的长度方向另一端具有朝着顶侧表面弯折成型的第二立臂25；其中，第一立臂22凸起成型在主动板2的对应端部一角处，同时，第一立臂22对应的主动板2端部处具有沿着宽度方向成型的第一凸台，第一凸台与第一立臂22在高度方向上呈l型配合；第二立臂26凸起成型在主动板2的对应端部一角处，与前述第一立臂22呈对角排布结构，同时，第二立臂26对应的主动板2端部处具有沿着宽度方向成型的第二凸台，第二凸台与第二立臂26在高度方向上呈l型配合。即第一立臂22和第二立臂26在主动板2的顶侧表面方向上弯折凸起，整个主动板2的侧视轮廓呈型。
26.主动板2的第一立臂22内侧处（即朝着或临近主动板2的第一立臂22和第二立臂26之间型槽的一侧）连接有第一悬铜片25，该第一悬铜片25的非固定端沿着主动板的宽度方向、在第一凸台上方空间内延伸，延伸段处于悬空状态，这样既能够确保第一悬铜片25在振动及磁力配合中产生自由摆动，又能够确保其在第一立臂22上稳定连接、防止振动过程中下垂脱落；第一悬铜片25在第一立臂22上的延伸长度，至少应超过主动板2的宽度方向中心处。第一悬铜片25对应于主动板2的宽度中心处，装配有朝着主动板2型槽空间一侧的第一主动侧磁铁23。第一主动侧磁铁23与第一立臂22之间的第一悬铜片25上，通过螺钉等连接有第一压电纤维片24。
27.主动板2的第二立臂26内侧处（即朝着或临近主动板2的第一立臂22和第二立臂26之间型槽的一侧）连接有第二悬铜片29，该第二悬铜片29的非固定端沿着主动板的宽度方向、在第二凸台上方空间内延伸，延伸段处于悬空状态，这样既能够确保第二悬铜片29在振动及磁力配合中产生自由摆动，又能够确保其在第二立臂26上稳定连接、防止振动过程中下垂脱落；第二悬铜片29在第二立臂26上的延伸长度，至少应超过主动板2的宽度方向中心处。第二悬铜片29对应于主动板2的宽度中心处，装配有朝着主动板2型槽空间一侧的第二主动侧磁铁27，且第二主动侧磁铁27与第一主动侧磁铁23形成轴向对应配合关系。第二主动侧磁铁27与第二立臂26之间的第二悬铜片29上，通过螺钉等连接有第二压电纤维片28，最好是将第二悬铜片29上的第二压电纤维片28与第一悬铜片25上的第一压电纤维片24以中心对称结构设置，这样在试验时能够有效地保障二者的振动基本趋于一致。
28.主动板2的第一立臂22和第二立臂26之间的型槽区域顶侧表面，设置有主动侧电极组件211。该主动侧电极组件211主要由设置在主动板2顶侧表面的铜片，以及布置于铜片表面的介电材料
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例如聚酰亚胺组成。
29.主动板2的宽度方向两侧分别沿着长度方向排布有多个导向轮210，每一侧的多个导向轮210沿着主动板2的长度方向以基本等间距均匀排布，两侧的导向轮210排布位置最好呈左右对称。
30.从动板1具有由有机玻璃制成的从动基板11，该从动基板11基本为长方形板体结构。在与上述主动板2的配合结构中，从动板1的长度方向对应于主动板2的宽度方向，从动板1的宽度方向对应于主动板2的长度方向。从动板1的长度方向两端分别具有朝着底侧表面回绕弯折成型的u型结构导向槽，两侧导向槽的左右槽底之间距离应能够自由穿装上述主动板2，每侧导向槽的顶底之间高度应能够自由穿装上述主动板2的对应边侧，整个从动板1的侧视轮廓呈型。从动板1的宽度小于上述第一立臂22和第二立臂26之间的型槽区域主动板2的长度。
31.从动板1的两侧导向槽之间的型槽区域底侧表面，设置有从动侧电极组件14。该从动侧电极组件14主要由设置在从动板1底侧表面的铜片，以及布置于铜片表面的介电材料
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例如聚酰亚胺组成。
32.从动板1的长度方向中心处，装配有从动侧磁铁12，当从动板1与上述主动板2组合在一起时，从动侧磁铁12应当与主动板2上的第一主动侧磁铁23和第二主动侧磁铁27形成轴向对应配合，当然从动侧磁铁12与第一主动侧磁铁23和第二主动侧磁铁27还得保持同性相斥配合。这也就要求，当从动侧磁铁12处在第一主动侧磁铁23和第二主动侧磁铁27之间的中心处且保持静止状态时，从动侧磁铁12的两端与对应主动侧磁铁未形成磁场、临近于磁场边缘，以便从动板1和主动板2在一起的组装；当静止状态被打破时，则从动侧磁铁12的两端与对应主动侧磁铁形成相斥磁场，从而使从动板1在主动板2上滑动位移。
33.上述主动板2通过宽度方向两侧的导向轮210，穿装在上述从动板1的长度方向两侧导向槽13内，如此形成一侧方向的限位、以及另一侧方向的滑动位移配合，即从动板1通过导向槽13与导向轮210的滑动配合装配在主动板2的型槽内，在主动板2的宽度方向上形成了限位，但是在主动板2的长度方向上，从动板1能够在主动板2的第一立臂22和第二立臂26之间型槽内进行滑动位移。
34.上述主动板2的第一立臂22连接的第一压电纤维片24，通过导线与对应的外载电
阻连接，形成第一压电能回路5。
35.上述主动板2的第二立臂26连接的第二压电纤维片28，通过导线与对应的外载电阻连接，形成第二压电能回路7。
36.上述主动板2的主动侧电极组件211和上述从动板1的从动侧电极组件14，通过导线与对应的外载电阻连接，形成摩擦电能回路6。
37.上述第一压电能回路5、第二压电能回路7和摩擦电能回路6相互独立。
38.处理器4为计算机，其上运行的信号接收程序用作收集第一压电能回路5、第二压电能回路7和摩擦电能回路6的电压波数据。
39.基于上述磁致振动压电结合摩擦电的能量收集测试系统的测试方法包括下列步骤：步骤1. 调试系统，确保装配结构及线路连接良好；根据试验要求，拟定激振器需要输出的各种不同振动频率，最好将这些不同振动频率进行排序，以便逐个操作测试；步骤2. 启动激振器，激振器输出的振动频率使得主动板带动从动板振动，从动板上的从动侧磁铁与主动板上的第一主动侧磁铁和第二主动侧磁铁发生同性相斥配合，从动板在主动板上进行往复滑动；步骤3. 按照步骤1中拟定的振动频率顺次，选择其中一种振动频率调节激振器，使从动板在主动板上的往复滑动按照设定振动频率进行；步骤4. 待步骤3中的从动板在主动板上的往复滑动趋于稳定之后，由处理器收集压电能回路和摩擦电能回路的电压波数据、并保存；步骤5. 重复步骤3和步骤4，直至步骤1中拟定的振动频率试验完毕；步骤6. 分析不同振动频率状态所对应的压电能数据和摩擦电能数据，即分别获得各种不同振动频率之下的压电式收集效率数据、摩擦式收集效率数据，择优获得哪种振动频率的压电式收集效率数据最高、哪种振动频率的摩擦式收集效率数据最高、以及哪种振动频率的压电式和摩擦式收集效率数据均高等，以指导振动能量的收集技术。
40.实施例2本实施例的其它内容与实施例1相同，不同之处在于：主动板的一个悬铜片上连接有压电纤维片，另一个悬铜片上只装配对应的主动侧磁铁。
41.实施例3本实施例的其它内容与实施例1相同，不同之处在于：主动板与从动板之间的滑动装配可以采用滚珠代替，即在从动板的导向槽顶底两侧分别装入能够对应于主动板对应边侧顶底面的滚珠，通过主动板的顶底面与滚珠滑动配合而使从动板在主动板上进行滑动位移。
42.实施例4本实施例的其它内容与实施例1相同，不同之处在于：主动板的两端分别无第一凸台和第二凸台结构。
43.以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述实施例进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的
本质脱离本发明的精神和范围。