[发明专利]一种多振子空间型拾振俘能实验装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种多振子空间型拾振俘能实验装置及其使用方法，包括：执行系统，包括拾振装置和用于为所述拾振装置提供振动能量的振动装置；控制系统，与所述振动装置内部的振动器连接，包括频率控制器和振动器保护开关，用于对所述振动器的变频控制和保证振动器的工作安全；分析系统，与所述拾振装置连接，用于将拾振装置转化的电信号进行检测和分析处理。本发明在增加振子数量的基础上，优化压电振子布置形式增加了装置拾振方向，保证装置的多方向共振压电同时提高装置发电密度，为解决外界环境振动能量的有效收集问题提供一种新的方法和思路，进而在一定的程度上推进压电技术甚至电源技术与装置的发展。

技术领域

本发明属于压电技术的技术领域，尤其涉及一种多振子空间型拾振俘能实验装置及其使用方法。

背景技术

近年来随着工业的发展，利用无线传感器网络对大型工业设备进行状态实时监测和系统维护成为发展趋势。虽然伴随着存储技术、微电子技术以及通信技术的迅速发展，传感器和交互节点网络的发展日新月异，但是电源技术的发展却十分缓慢，已经无法满足无线传感器对电源能量密度、体积以及寿命等规格的更高需求。加之传统的化学电池供能存在体积大、不利于集成、寿命有限以及制造和使用过程会造成环境污染等诸多问题，迫切需要可持续供电的绿色微能源。太阳能、风能、环境振动能等可再生能源受到越来越多的关注，尤其是环境中广泛存在的振动能，不受周围温度与光照长短影响，能量获取持续稳定，是锂电池等传统化学电源潜在的替代能源，目前环境振动能多采用基于压电式悬臂梁发电振子的方法进行能量获取，该方法发电结构简单、易于微型化与集成，且能量转换密度大，应用前景十分广阔。因此，近些年来，如何利用压电式悬臂梁发电振子从环境中获取振动能量来为传感网络提供稳定的电源成为研究的主题。现有压电式悬臂梁发电振子振动能量收集实验装置多为单一方向压电悬臂梁结构，其结构本身不能与外界振动环境匹配，拾取外界振动能量方向受压电振子自身方向约束，不能保证多方向共振压电，造成其他方向的振动能量被白白浪费，阻碍振动压电有效收集，导致电源能量密度低等问题，从而使得压电技术甚至电源技术发展迟缓。

因此，有必要设计一种更好的针对环境中振动进行能量收集的实验装置，以解决上述问题。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种多振子空间型拾振俘能实验装置及其使用方法，可以多方向拾取环境中振动能量且进行高效转化、降低环境能量浪费、可提高发电装置发电效率以及电源能量密度。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种多振子空间型拾振俘能实验装置，包括：

执行系统，包括拾振装置和用于为所述拾振装置提供振动能量的振动装置；

控制系统，与所述振动装置内部的振动器连接，包括频率控制器和振动器保护开关，用于对所述振动器的变频控制和保证振动器的工作安全；

分析系统，与所述拾振装置连接，用于将拾振装置转化的电信号进行检测和分析处理。

可选的，所述拾振装置包括压电振子固定支架和与所述压电振子固定支架连接的多个方向的压电振子，所述压电振子包括铜板基片与压电陶瓷，所述压电振子的一端与所述压电振子固定支架固定，所述压电振子的自由端配置有质量块；

所述压电振子通过多条引线与所述分析系统相连。

进一步的，所述引线分为正负两极，正极引线连接于所述压电振子的压电陶瓷上，负极引线连接于压电振子的铜板基片上。

可选的，所述分析系统包括多端电并联实验板、整流电路、示波器、万用表以及计算机，所述多端电并联实验板与不同方向的压电振子的正负极引线分别并联相接，通过多端电并联实验板的并联电信号经过整流电路进行整流，所述示波器与万用表对该并联电信号进行初步检测，最终输入到计算机中进行分析处理。