[发明专利]一种基于多电源管理系统的振动传感器

权利要求书

1.一种基于多电源管理系统的振动传感器，其特征在于：包括微处理器模块、三轴加速度检测模块、通讯模块、电源管理模块、振动发电模块和电池模块；所述三轴加速度检测模块、通讯模块、电源管理模块和电池模块均与微处理器模块连接；所述振动发电模块和电池模块均与电源管理模块相连，所述电源管理模块用于调节振动发电模块向电池充电以及电池模块向整个振动传感器供电策略；

所述微处理器模块获取三轴加速度检测模块采集的实时三轴加速度值，将三轴加速度值通过带通滤波及积分算法计算获得加速度峰峰值与速度有效值；同时采集电池当前的电压值，从而评判电池当前电量是否可以继续支持传感器工作；在完成一次采样后，通过通讯模块将振动检测数据发送至监测端，从而实现实时监测；

所述电源管理模块接收微处理器模块的指令从而选择不同电源持续供电，同时通过硬件开关调度振动发电模块为缺电电源进行充电；其中电池模块包括两个可充电式工业锂电池A、B，由电池模块、电源管理模块、振动发电模块构成的供电单元运行策略为：

Step1：电池A向传感器提供电能，此时振动发电模块暂时没有电量输出；

Step2：在正常运行过程中，电池A电压低于3.4V时，则通过电源管理模块设置电池B为传感器供电，振动发电模块通过充电电路将电能保存在电池A中；

Step3：由于每个电池的容量为定值，通过电量计判断是否充满；若电池A先充满，则等待电池B低压警告后，切换电池A向传感器供电，电池B充电；若电池B先低电压警告，切换电池A向传感器供电，电池B充电；

Step4：重复Step3，每次电池A与电池B的定义互换；

Step5：最后策略会有三种可能，第一种可能是由于每次都是一块电池先充满，且另一块电池未到低压警告，则两块电池会一直交替工作，相互补充，而不需要再进行电池更换，直至达到电池寿命，进行更换；第二种可能是每次都是一块电池未充满电，而另一块电池已达到低压警告，则经过多次迭代后两块电池的电压均低于3.4V时，则需要进行补偿策略，采用增加并联的振动发电模块，或者增加并联的电池，或者更换新电池；第三种可能则是前两种情况相互交替出现，可以增加并联的电池，从而延长整个传感器的使用周期，降低更换电池的频次。

2.根据权利要求1所述的基于多电源管理系统的振动传感器，其特征在于：所述振动发电模块采用电磁式发电，为悬臂梁式结构，利用超磁致伸缩材料代替永磁铁，并与质量块、线圈、基底以及整流电路共同设计，具体为：将条状超磁致伸缩材料与基底利用粘合剂贴合，并在超磁致伸缩材料末端固定质量块，用于扩大振幅，线圈缠绕在超磁致伸缩材料与基底粘合在一起的悬臂梁上，并将缠绕好的线圈两端固定在整流电路，用于实现将交流信号转变为直流信号。

3.根据权利要求2所述的基于多电源管理系统的振动传感器，其特征在于：所述振动发电模块通过滑轨固定结构动态调整其位置改变共振频，具体为：在悬梁臂结构末端固定的质量块下方增加滑轨，所述滑轨可通过螺丝松紧来实现质量块位置调整，从而调整整体的重心位置，改变振动频率，从而实现达到共振频率的目的。

4.根据权利要求2所述的基于多电源管理系统的振动传感器，其特征在于：所述振动发电模块通过附着压电陶瓷，实现不同频率的振动能量采集，具体为：所述压电陶瓷用胶固定在悬梁臂的线圈空隙处，并利用电源线与超磁致伸缩材料表面缠绕线圈进行多路并联连接，结合整流电路实现交流电信号转换为直流信号。

5.根据权利要求1所述的基于多电源管理系统的振动传感器，其特征在于：所述微处理器模块采用硬件低功耗设计，具体为：每一种芯片在非工作状态下均处于低功耗模式的外接大电阻上拉/下拉，以及增加MOS管作为三轴加速度检测模块、通讯模块的电源开关，在非工作状态时，MOS管断开上述模块电源，从而有效降低功耗，延长电池更换周期。

6.根据权利要求1所述的基于多电源管理系统的振动传感器，其特征在于：所述振动传感器采用功能逻辑设计，具体为：所选用的芯片具备有多种工作模式，在不工作状态时，即设置该模块进入休眠或待机等超低功耗模式；当振动传感器节点距离网关较远时，或超出有效通讯距离时，介于该振动传感器节点和网关之间的振动传感器节点可以作为通讯中继节点，将数据传送到网关。