一种为微型水文监测设备供电的发电装置的制作方法

1.本实用新型属于发电装置技术领域，涉及一种为微型水文监测设备供电的发电装置。


背景技术：

2.随着人类社会的不断进步和发展，与技术进步密切相关的世界能源消耗(wec)的增长吐出来利用可再生能源的必要性，但是现状往往不尽如人意，能源的需求远高于产量，能源危机已经成为人类世界面临的首要问题。不仅大型设备的驱动需要能源供应，小型设备甚至微型设备的能源需求更让人头疼，现阶段应用最广泛且最成熟的环境能量采集技术为太阳能与风能采集技术，但对设备环境的要求十分严格。相比之下，机械振动能缺广泛存在于生活中的各个场所，如何收集机械振动能，尤其是流体大量存在的机械振动能是目前有待解决的问题。
3.尾流激振现象多发生沿流向方向排布的俘能系统中，流体流经上游钝体所产生的脱落涡旋作用在下游振子上，使下游振子受到额外激励作用是而产生的一种激振形式。当发生尾流激振时，随着流速的升高，振子振幅逐渐增大，最后趋于一稳定值。由于下游振子受到上游振子的尾流作用，故尾流激振属于强迫振动形式。本质上是钝体绕流问题。流体冲击钝体，受到压缩速度变快，与之前的流场形成剪切层；剪切层不稳定。当惯性力远大于粘性力时，剪切层破坏，形成的更加湍急的漩涡。如流速够快，当漩涡脱离固体时，由于涡街是非对称的，会产生侧向力，而这个侧向力与涡街频率有关；即当固体频率和涡街频率接近时，发生共振。
4.目前虽然存在一些水下压电发电装置，但均不是用于微型元器件巡航或发电效率低，目前亟需一种能充分利用流致振动能的发电装置，解决当前微型水文监测元器件巡航问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种为微型水文监测设备供电的发电装置，能充分利用流致振动能的发电，为微型水文监测元器件提供电源。
6.本实用新型所采用的技术方案是，一种为微型水文监测设备供电的发电装置，包括固定横梁，固定横梁两端下方分别固定有阻流体和悬臂梁，悬臂梁下端固定有压电片基板，压电片基板下端设置有振动体，压电片基板表面上固定设置有压电片。
7.本实用新型的特征还在于，
8.压电片上端呈对称连接有铜电极。
9.两个铜电极通过导线共同连接有能量收集耦合电路，能量收集耦合电路包括与铜电极连接的整流桥，整流桥还通过导线电连接有滤波电路、稳压器、充电保护电路及蓄电池。
10.阻流体为圆柱体，上端设置有螺丝，固定横梁上设置有多个螺纹孔，阻流体通过螺
纹连接的方式可拆卸固定在固定横梁上。
11.阻流体直径为40～50mm。
12.悬臂梁呈圆柱形，直径为10mm。
13.悬臂梁下端开设有与压电片厚度相适应的凹槽，压电片嵌入凹槽内并通过螺钉固定在悬臂梁下端的凹槽内。
14.压电片基板上端居中开设两个圆孔，压电片基板通过螺钉穿过两个圆孔固定在悬臂梁的凹槽内，压电片基板下端对称开设两个圆孔，用螺钉通过压电片基板下端的圆孔将振动体固定于压电片基板上。
15.振动体横截面呈等腰三角形，且等腰三角形顶角度数为70
°
，底边长为40mm。
16.悬臂梁上端设置有螺丝，固定横梁对应位置处设置有螺纹孔，悬臂梁通过螺纹连接的方式可拆卸固定在固定横梁上。
17.压电片基板长度为75～95mm，厚度为0.5～0.6mm，宽度为20～25mm，压电片长度为60～80mm，宽度为15～20mm，厚度为0.2～0.4mm。
18.本实用新型的有益效果是：
19.本实用新型装置结构简单，可放大性强，可根据实际需求改变尺寸，只需要进行调整即可满足不同工况下，不同实用条件下的需求，本实用新型利用振动体所受流体作用产生自激振动，激振力和激振频率可以通过弹性悬臂梁的长度、厚度来调节，流体适应性强，工作时压电振子持续振动，发电连续。
附图说明
20.图1是本实用新型一种为微型水文监测设备供电的发电装置的结构示意图；
21.图2是本实用新型一种为微型水文监测设备供电的发电装置中能量收集耦合电路的电路连接图。
22.图中，1.阻流体，2.固定横梁，3.悬臂梁，4.压电片基板，5.铜电极，6.压电片，7.振动体，8.整流桥，9.滤波电路，10.稳压器，11.充电保护电路，12.蓄电池。
具体实施方式
23.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。
24.本实用新型一种为微型水文监测设备供电的发电装置，其结构如图1所示，包括固定横梁2，固定横梁2两端下方分别固定有阻流体1和悬臂梁3，悬臂梁3下端固定有压电片基板4，压电片基板4下端设置有振动体7，压电片基板4表面上固定设置有压电片6。
25.压电片6上端呈对称连接有铜电极5。
26.如图2所示，两个铜电极5通过导线共同连接有能量收集耦合电路，能量收集耦合电路包括与铜电极5连接的整流桥8，整流桥8还通过导线电连接有滤波电路9、稳压器10、充电保护电路11及蓄电池12，两个铜电极5分别通过导线连接整流桥8的正负极接入端。
27.阻流体1为圆柱体，上端设置有螺丝，固定横梁2上设置有多个螺纹孔，阻流体1通过螺纹连接的方式可拆卸固定在固定横梁2上。
28.阻流体1直径为40～50mm。
29.悬臂梁3呈圆柱形，直径为10mm。
30.悬臂梁3下端开设有与压电片6厚度相适应的凹槽，压电片6嵌入凹槽内并通过螺钉固定在悬臂梁3下端的凹槽内。
31.压电片基板4上端居中开设两个圆孔，压电片基板4通过螺钉穿过两个圆孔固定在悬臂梁3的凹槽内，压电片基板4下端对称开设两个圆孔，用螺钉通过压电片基板4下端的圆孔将振动体7固定于压电片基板4上。
32.振动体7横截面呈等腰三角形，且等腰三角形顶角度数为70
°
，底边长为40mm。
33.悬臂梁3上端设置有螺丝，固定横梁2对应位置处设置有螺纹孔，悬臂梁3通过螺纹连接的方式可拆卸固定在固定横梁2上。
34.压电片基板4长度为75～95mm，厚度为0.5～0.6mm，宽度为20～25mm，该厚度要求保证了抗弯曲强度的同时可最大程度减弱自身厚度对压电片振动产生的影响。压电片6长度为60～80mm，宽度为15～20mm，厚度为0.2～0.4mm。压电片利用防水粘性材料粘贴，居中固定于压电片基板上。
35.本实用新型阻流体1阻流体为圆柱体，上端设置有螺丝，固定横梁2上设置有多个螺纹孔，可调节阻流体1在固定横梁2上上的位置实现激振力和激振频率的改变。
36.本实用新型的压电片采用mfc压电纤维片，此压电材料材质柔韧、密度低、阻抗低。流体流经上游阻流体所产生的脱落涡街作用在下游振动体上产生尾流激振效应，引导压电片随之振动，产生交变电压。
37.本实用新型的压电片上端分布有铜电极，铜电极呈对称分布，便于交变电流的导出。铜电极直径为0.1～0.12mm，长度为0.5～0.6mm与能量采集电路通过导线连接，实现交变电压的收集。
38.压电片基板4下端包裹有碳纤维层，碳纤维层的包裹长度为自振动体连接处以上20～30mm，厚度为0.1～0.2mm。
39.本实用新型在使用时，将包含振动体一段安装于流体流到区域中，另一端安装于无流体的区域中，防止导电区域受到流体的腐蚀，损坏压电片，非工作状态下，即流体不流动，振动体静止时，压电片处于自然状态，保持静止。工作时，即有流体流过阻流体1，振动体7收到流体的作用，借助尾流激振效应，引导压电片6进行振动；压电片6在振动过程中，为抵抗变化会在材料表面产生等量的正负电荷，从而产生交变电压，交变电从铜电极处导出，由能量收集耦合电路进行整流滤波后实现稳压，收集储存，最终输出到负载终端，该过程为一体化进程，同时发生，作为电源以驱动微电子设备。具有绿色环保，简单实用的特点。
40.本实用新型的装置经由实验测试，在0.3m/s及以上水流流速条件下，已经获得了12v以上的电压，经过能量收集电路整流储存，可得到稳点电压6v，可见该装置对流体振动能的收集具有高度的敏感性和可行性。