[发明专利]一种管道液体流量无源检测装置及方法

说明书

本发明公开一种管道液体流量无源检测装置，包括旋转式压电发电装置和流量检测装置，旋转式压电发电装置包括圆形外壳、叶片、端帽、旋转轴、轴承、拨片、防水圈、压电双晶悬臂梁和后端盖，圆形外壳固定于管道内，旋转轴通过轴承固定于圆形外壳上，叶片沿旋转轴上沟槽插入连接限位，端帽固定于旋转轴并对叶片进行固定，拨片固定于旋转轴，防水圈安装于圆形外壳的固定孔内，压电双晶悬臂梁固定于圆形外壳且绕旋转轴呈圆周阵列分布，后端盖固定于圆形外壳，压电双晶悬臂梁引出电极接入流量检测装置，流量检测装置检测流量并将流量实时数据发送至服务器。本发明还提供一种管道液体流量无源检测装置的检测方法。

技术领域

本发明涉及能量收集装置和管道液体流量检测方法，特别是涉及一种旋转式压电发电装置和流量检测装置，具体为一种管道液体流量无源检测装置及方法。

背景技术

随着节水型社会的发展，对管道流量的检测装置和方法提出了更高的要求。微机电系统、无线通讯技术、低功耗嵌入式技术的飞速发展，无线传感器网络随之诞生。目前无线传感器节点多采用电池供电，这种供电方式存在寿命低、更换复杂的问题，管道布置的分散性导致检测装置电池更换的困难性。为了适应不同环境，管道流量无源检测成了一种新思路。

为了解决低功耗的管道无线传感器网络的供电问题，需要一种可靠的能源。管道液体流动存在的动能是一种可靠的能量，将这部分能量收集起来并转换为电能的供电方式是一种持久的供电方式。压电晶体具有压电效应，对其施加一定压力时，晶体两端会产生电位差。利用晶体的正压电效应可以对环境的能量进行收集，压电晶体作为能量转换机制具有结构简单、清洁无污染、使用寿命长、抗电磁干扰等优点。压电晶体通过一定工艺加工成低功耗传感器设备的供电模块，能使管道流量检测无源化，降低维护成本。另外，根据旋转式压电发电装置的压电方程及机电耦合模型可以获得输出电压和液体流量的模型。因此，可以通过采集电压对流量进行换算，获得流量数据。基于以上两点，本发明提出了利用压电晶体作为换能环节，将管道液体的动能转换为电能。并利用流量检测装置对电能储存并采集流量数据，实现了无源管道流量检测的设想。

公开号CN207485590U的中国专利公开了一种水流发电装置，该专利利用和收集涡激振动中所蕴含的能量，利用水流的冲击产生使得振动块振动来实现发电，并利用压电材料受力发生变形而产生电能的特性，实现动能转化给电能，但是该装置并不适用于管道流量检测中。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种管道液体流量无源检测装置及方法，利用压电晶体作为换能环节，将管道液体的动能转换为电能，通过采集电压对流量进行换算，获得流量数据，实现管道液体流量无源检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种管道液体流量无源检测装置，包括旋转式压电发电装置和流量检测装置，所述旋转式压电发电装置包括圆形外壳、叶片、端帽、旋转轴、轴承、拨片、防水圈、压电双晶悬臂梁和后端盖，所述圆形外壳固定于管道内，所述旋转轴通过轴承固定于圆形外壳上，所述叶片沿旋转轴上沟槽插入连接限位，所述端帽通过旋转轴上的螺纹固定于旋转轴并对叶片进行固定，所述拨片固定于旋转轴上，所述防水圈安装于圆形外壳的固定孔内，所述压电双晶悬臂梁固定于圆形外壳且绕旋转轴呈圆周阵列分布，所述后端盖固定于圆形外壳上，所述压电双晶悬臂梁引出电极接入流量检测装置的整流储能模块和采集处理模块，所述流量检测装置的通讯模块将采集处理模块获取的实时数据发送至服务器。

本发明中，管道液体流动推转叶片转动，旋转轴上的拨片随着叶片的转动拨动压电双晶悬臂梁，压电片产生的能量经过收集后储存在电池中，采集处理模块收集每个压电片产生的电压信号，并将其转换为流量数据，通讯模块实现本地化的流量和远程流量在线监测。本发明既能实现管道液体动能的收集，又能实现流量的无源检测，且结构简单，装置对环境的适应性较强。

优选地，所述压电双晶悬臂梁由三层组成，包括金属中间层和粘贴在金属中间层上下表面的压电晶体。