[发明专利]一种应用于管道流体监测的压电俘能器

权利要求书

1.一种应用于管道流体监测的压电俘能器，其特征在于：管道内壁经轴的一端装有叶轮，叶轮水平位于管道中心，轴竖直安装于管道孔内，轴的另一端装有含有N、S极的条形永久磁铁；所述条形永久磁铁位于管道外壁，轴由轴承与轴承座支撑并竖直安装于管道上方，轴承座与管道之间用螺丝紧固连接；

压电振子由金属基板、压电片以及单极条形永久磁铁粘接而成；所述金属基板一端经螺丝连接在金属外壳内部，金属基板的表面粘接有压电片，金属基板的自由端连接有单极条形永久磁铁；压电振子有两个，第一压电振子的金属基板的自由端连接有单极(N)条形永久磁铁，第二压电振子的金属基板的自由端连接有单极(S)条形永久磁铁；两个压电振子均竖直悬挂，三个永久磁铁位于同一水平位置，且三个永久磁铁彼此有一定相等距离，电路板经螺丝装在外壳内部正中心，金属外壳用螺丝安装在管道上部；

压电俘能器组装后且无流体流动的非工作状态下，第一压电振子和第二压电振子的状态是静态平衡，两个压电振子的自由端的磁铁具有相同的磁矩，在非工作状态即轴上的永久磁铁垂直放置时，两压电振子受力平衡处于静态平衡状态，呈现垂直悬挂状态；

压电俘能器工作时，流体动压力使叶轮承受向右的推力，迫使由滚动轴承支撑的轴发生顺时针转动；轴的转动带动装有两极条形永久磁铁的另一端发生顺时针转动，左方的压电振子的自由端的单极条形永久磁铁受到轴上永久磁铁的斥力而向左方偏转，压电振子产生扰度，从而压电片发生变形；

当轴转动90°时，压电片的变形最大，右方的压电振子在轴顺时针转动时，压电振子向右偏转，当轴转动90°时，压电振子产生最大扰度，压电片的变形最大；

当轴转动在90°和180°之间时，左方压电振子与右方压电振子受到轴上两极永久磁铁的斥力逐渐变小，压电振子慢慢往中间偏转；

当轴转动到180°时，左右两压电振子回到新的静力平衡状态；此时压电振子没有变形，没有扰度的产生；

当轴转过180°时，轴端永久磁铁与压电振子自由端的永久磁铁磁极的变化，两压电振子受到向中部的引力，从而使两压电振子向内产生偏转；

当轴转动270°时，压电振子产生最大扰度，压电片的变形最大；

当轴转动在270°和360°之间时，左方压电振子与右方压电振子受到轴上两极永久磁铁的引力逐渐变小，压电振子慢慢往外部间偏转；

当轴转动到360°时，左右两压电振子回到最初的静力平衡状态，此时压电振子没有变形，没有扰度的产生；

当轴转动时，上述压电振子所受的斥力与引力是交替变化的，从而使压电振子左右偏转振动，振动过程将压电振子的振动能通过压电片转化为电能，所生成电能经导线传输到电路板的能量转换于存储电路。

2.根据权利要求1所述的压电俘能器，其特征在于：永久磁铁选用钕铁硼磁铁，具有强磁性；压电片为0.2mm的PZT-51材料、金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片的厚度之比为1～2.5。