[发明专利]一种基于卡门涡街的水流振动能量采集装置

说明书

技术领域

本发明属于压电能量采集技术领域，具体涉及一种基于卡门涡街的水流振动能量采集装置。

背景技术

随着近几十年直接和间接的环境污染已经引起了气候变化、雾霾、水污染以及全球变暖等问题，严重影响了我们的生活环境和身体健康，因此对于环境的实时监测则成为至关重要的工作。近年来由于无线电技术的发展使得无线传感器被广泛用于环境监测、生产工序控制、农业应用、生命健康、交通管控、军事侦察等远程控制领域。

无线传感器是通过在监测区域内布置大量的网络节点来实施监测，而这些被监测的区域多分布于野外或人员不易到达的遥远地区。那么，选用什么样的供能方式才能保证服务期的网络节点供能有可靠的性能和寿命是当前研究的重点之一。传统的化学电池是目前网络节点供电的主要方式，但是化学电池本身有着质量大、体积大、寿命有限、需要定期更换、不能循环利用以及污染环境等不容忽视的缺点。为了解决上述问题，人们寻找一种新型的清洁能源供能方式来代替化学电池为无线传感器和微机电产品等供能。

众所周知，地表水域的面积占地球总面积的75％，而这些水域中还蕴藏着多种形式的未开发能源，比如：潮汐、水的流动、波浪等等。水中的能量密度约是太阳能和风能4倍，所以水下流动致振动能量收集技术也是研究者们探索的方向之一。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种基于卡门涡街的水流振动能量采集装置，通过水箱、水槽结合水泵，在水槽中设置阻流体和柔性压电振子，利用了阻流体绕流产生卡门涡街原理，柔性压电振子在脱落的涡旋作用下产生大幅度的摆动，收集能量，在压电振子的固有频率和涡旋脱落的频率相同或相近时，收集的能量最大且能量转换效率最高。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于卡门涡街的水流振动能量采集装置，所述基于卡门涡街的水流振动能量采集装置包括水槽、水箱和水泵，水箱通过入水管道连通到水泵，水泵通过出水管道连通至水槽中的缓冲槽中，水槽中通过回流管道B连通至水箱，水槽设有夹具，夹具固定在水槽的水道上，夹具的下方固定有阻流体和柔性压电振子，柔性压电振子安装在阻流体的水流方向上，水流经过阻流体后流经柔性压电振子。

上述装置中，所述出水管道上安装有球阀B。所述水箱上设有回流管道A，回流管道A连通水箱和出水管道之间。所述入水管道在水箱内的入口处安装有止回阀。

该发明主要由水箱、水槽、水泵、阻流体、压电材料(PVDF)、夹具与流速仪组成。阻流体与压电材料由夹具固定在水槽中的流道中。能量采集过程中水箱中的水经由入水管道输入到水泵中，再通过水泵经由出水管道输送至水槽的缓冲槽中，然后流入水槽中的流道并由流速仪测得流速，最后通过回流管道B流回水箱中。在流速要求较小时水泵抽取的多余水可以通过回流管道A排回水箱中。回流管道A和出水管道上安装了球阀，以调节出水流量；同时入水管道入口处还安装了止回阀，以保证入水管道中充满了水。

本发明有益效果是:本发明提出一种基于卡门涡街的水流振动压电能量采集装置。该装置利用了阻流体绕流产生卡门涡街原理，柔性压电振子在脱落的涡旋作用下产生大幅度的摆动。在压电振子的固有频率和涡旋脱落的频率相同或相近时，收集的能量最大且能量转换效率最高。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的整体结构示意图。

图2是本发明的具体实施方式的水槽结构示意图。

图中1、水槽；2、水箱；3、水泵；4、入水管道；5、出水管道；6、回流管道A；7、回流管道B；8、调节球阀A；9、球阀B；10、止回阀；11、缓冲槽；12、夹具；13、阻流体；14、柔性压电振子。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。