[发明专利]集成粘滞阻尼材料的自适应机械开关同步回收装置

说明书

本发明公开了一种集成粘滞阻尼材料的自适应机械开关同步回收装置，包括上支撑座、下支撑座、压电膜片集能器、自适应检波开关机构、储能电路板；压电膜片集能器包括膜片、压电元件和质量块；膜片中心位置设有两个质量块，每个质量块上设有一球形触点；膜片的一个侧面上紧贴有压电元件；自适应检波开关机构包括两个慢回弹弹簧，慢回弹弹簧的一端设有一个导电触面，导电触面分别与所述球形触点相邻。本发明的回收装置结构简单、性能可靠，加工安装方便，安装空间不受限制，集能器可封闭不受外界干扰。

技术领域

本发明属于压电能量回收领域，特别涉及一种集成粘滞阻尼材料的自适应机械开关同步回收装置。

背景技术

随着微电子机械系统、功耗无线电通信技术、嵌入式计算技术、微型传感器技术及集成电路技术的飞速发展，使得大量低成本、低功耗、小体积、短距离通信多功能的微型传感器成为现实。无线传感器网络已经广泛应用于军事、交通、环境监测和预报、卫生保健、空间探索等各个领域。传感器节点的基本组成和功能包括如下几个单元：传感单元、处理单元、无线通信单元和供电单元等。目前，供电单元通常采用微型电池，为传感器节点提供正常工作所必需的能源，其使用寿命很大程度上受制于电池所能提供的能量，严重影响了无线传感器网络的可靠性和经济性。

能量回收，能量回收就是将不能储存再利用的将浪费掉的能量形式，比如热能、机械能、光能、振动能量等转化为电能储存起来再利用。其中，振动能量回收是一种常见的能量回收方式，振动能量广泛存在于自认环境中，如汽车、火车、道路桥梁、工业设备等，回收的能量可供给无线传感器使用，为解决电池对无线传感器的应用所带来的限制提供了一个很好的方案。振动能量回收根据不同的换能机制可分为三种类型：压电回收装置、电磁回收装置、静电回收装置等，其中压电能量回收是一种重要的能量回收方式。

同步开关电感电路(SSHI技术)，基本原理是将开关部件与压电元件并联组成，开关部件由开关和电感器组成，在压电元件位移的极值点处，开关闭合，电感器与压电元件的电容器组成振荡器，将压电片的电压反向，以增大压电片的开路输出电压，压电片的能量仍然通过整流电桥和滤波电容等进行回收。

目前，同步开关主要有电子开关和机械开关两种，用来检测集能器的位移极值点，由于电子开关的控制电路自身会消耗一部分能量，会减少采集到的能量。因此，机械开关有很大发展前景，而普通机械开关适应范围窄，不能适应振幅变化在幅值的正负极值处自动闭合，且切换时间有较大的延迟或提前，采集效率不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、性能可靠，加工安装方便，安装空间不受限制，集能器可封闭不受外界干扰的集成粘滞阻尼材料的自适应机械开关同步回收装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：集成粘滞阻尼材料的自适应机械开关同步回收装置，包括上支撑座、下支撑座、压电膜片集能器、自适应检波开关机构、储能电路板；

所述上支撑座和下支撑座分别位于压电膜片集能器的上下两侧；

所述压电膜片集能器包括膜片、压电元件和质量块；所述膜片中心位置设有两个质量块，两个质量块对称设置在膜片的上下两侧，每个质量块上设有一球形触点；膜片的一个侧面上紧贴有压电元件；

所述自适应检波开关机构包括两个慢回弹弹簧，慢回弹弹簧的一端分别固定在上支撑座和下支撑座的中心处，慢回弹弹簧的另一端分别设有一个导电触面，导电触面分别与所述球形触点相邻；

所述球形触点和导电触面二者组成回收电路的机械开关，球形触点和导电触面分别作为该开关的两个电极；

所述储能电路板通过导线与压电元件、膜片、两个电极和外部负载连接。

进一步地，所述下支撑座固定在机台上，上支撑座装配在下支撑座上；上支撑座和下支撑座均为中空的柱形结构，下支撑座的底面与上支撑座的顶面相互平行，膜片的边缘固定在下支撑座与上支撑座之间。