[发明专利]一种用于管道气流检测系统的压电俘能器

说明书

本发明涉及一种用于管道气流检测系统的压电俘能器，属新能源及管道监测技术领域。管道的内壁上经辐板装有壳体，支架的座板装在壳体侧壁端部，座板同侧上下两端的耳板耳板上设有倾斜的安装面，半轴的底板装在支架的耳板端部；激励器的凸轮体左右两端分别设有导销和导孔、上下两侧设有多个凸轮，凸轮面由依次相连的底面、斜面及顶面构成；激励器的导孔套在半轴上、导销经支架的座板伸出，导销端部装有钝体；导销伸出端套有轴套，支架的座板与轴套和凸轮体之间分别压接有支撑簧和缓冲簧；压电振子一端装在支架的安装面上，安装在压电振子自由端的顶块顶靠在凸轮面上，激励器处于其振动中心点时顶块与凸轮斜面中点接触。

技术领域

本发明属新能源及油气管道监测系统技术领域，具体涉及一种用于管道气流检测系统的压电俘能器。

背景技术

油气管道运行期间因自然腐蚀、自然界不可抗力、尤其是人为偷盗等造成的油气管道泄漏事件时有发生，不仅造成了巨大的经济损失，同时也给其周边自然环境造成了严重的污染。以往为人工巡检的方法加以维护，但因管道铺设距离长、且常处于人迹罕至或交通不便之处，难以及时发现泄漏并及时维修，故人们相继提出了多种类型的管道泄漏监测或防盗系统，有些技术已较成熟；但目前油气管道监测系统的供电问题未得到很好的解决：铺设电缆成本高且易被不法分子切断而影响监测系统的正常运行，而电池供电时使用时间有限、需经常更换，一旦电池电量不足且未及时更换时也无法完成监测信息的远程传输。因此，新型的自发电技术或将为油气管道监测技术推广应用提供有效的能量保障。

发明内容

本发明提出一种用于管道气流检测系统的压电俘能器，本发明采用的实施方案是：管道内壁上经辐板安装有壳体，支架的座板经螺钉安装在壳体的侧壁端部，座板同侧上下两端的耳板置于壳体内部，耳板上设有倾斜的安装面，安装面位于耳板上的孔壁上，安装面与耳板形成的锐角大于30度；半轴的底板经螺钉安装在支架的耳板端部；激励器的凸轮体左右两端分别设有导销和导孔，导销和导孔同轴，凸轮体的上下两侧沿导销和导孔的轴向都设有多个凸轮，凸轮为移动凸轮，凸轮的凸轮面由依次相连的底面、斜面及顶面构成，底面与顶面间的距离为凸轮升程，底面与斜面间所构成的锐角为凸轮升角，凸轮升角为30～50度；激励器置于壳体的内部，导孔套在半轴上，导销经支架的座板上的通孔伸出，导销端部经螺母安装有钝体，钝体由弹性片与其两侧夹持的刚性片构成，刚性片半径与弹性片半径之比为0.4～1；导销的伸出端套有轴套，轴套经紧定螺钉固定在导销上，轴套位置可调整；支架的座板与轴套和凸轮体之间分别压接有支撑簧和缓冲簧，支撑簧和缓冲簧套在导销上；压电振子一端经螺钉和压条安装在支架的安装面上，压电振子为由等厚的基板和压电片粘接而成的悬臂梁结构，基板靠近激励器安装；压电振子自由端经螺钉安装有顶块，顶块顶靠在凸轮面上。

本发明中，压电振子安装前的自然状态下为平直或预弯结构，压电振子安装前为预弯结构时基板预弯半径小于压电片预弯半径，基板与压电片粘接面的预弯半径为压电振子安装前为平直结构且其固定端两层都被夹持时，压电振子的许用变形量为上述公式中：l和h分别为压电振子的悬臂长度和总厚度，β＝E_m/E_p，E_m和E_p分别为基板和压电片材料的弹性模量，T_p和k₃₁分别为压电片材料的许用应力和机电耦合系数。

本发明中，需根据流体流速调整轴套在导销上的位置及支撑簧的压缩量，以确保钝体所受的流体静压力与支撑簧的预压缩力相等、压电振子自由端的顶块与凸轮的斜面中点接触，即确保：激励器处于其振动中心点时顶块与凸轮的斜面中点接触，压电振子安装产生的预弯变形量为其许用变形量的一半，压电振子许用变形量大于凸轮升程。