[发明专利]基于压电弹簧的自供电海洋浮标

说明书

本发明公开了一种基于压电弹簧的自供电海洋浮标，包括外壳、功能质量块和板式压电弹簧机构，外壳内设有功能质量块，板式压电弹簧机构包括两端分别连接在功能质量块和外壳上的、均匀分布的多个板式压电弹簧；板式压电弹簧为锯齿形板结构，板式压电弹簧上设有压电陶瓷片，功能质量块内设有传感器；功能质量块在海浪中产生振动使板式压电弹簧形变，进而使压电陶瓷片形变产生电能给传感器供电。本发明通过柔性大的锯齿形板结构的板式压电弹簧可以俘获更多的低频海浪波，产生更多的电能实现可持续供电；通过将传感器集成在功能质量块内使结构紧凑，质量更大振幅越大也产生更多的电能，同时板式压电弹簧起缓冲作用，减少损害，降低运维成本。

技术领域

本发明涉及振动能量收集与微功率发电技术领域，具体涉及一种基于压电弹簧的自供电海洋浮标。

背景技术

海洋浮标是一种不可或缺的海洋气象水文观测遥测设备。它可以持续地监测海洋水文气象。为深海科研、海上石油开发、港口建设和建设收集数据。随着人类探索海洋范围的逐步扩大，对海洋浮标的需求也越来越多，海洋观测需要使用大量的浮标。

目前，海洋浮标的供电方式主要有蓄电池供电和太阳能供电，蓄电池供电存在一旦电量耗尽就无法使用、需要更换蓄电池的情况，然而海洋浮标大都远离陆地，更换蓄电池需要花费大量的人力物力成本；太阳能供电能够实现浮标的自供电而不需要更换蓄电池，但是太阳能技术受限于光照强度，在夜晚或者海面出现阴天等光照不足的状态下仍会出现电量不足的情况。现有海洋浮漂的供电技术运行维护成本高，不能实现浮漂的可持续供电。当前将海浪波转化成电能对海洋浮漂供电的技术中，对低频海浪波的电能转化能力有限，容易出现供电不足的情况，难以实现浮漂的可持续供电。同时，将海浪波作为振动激励使海洋浮漂发生振动也容易对海洋浮漂本身造成损害，增加运行维护成本。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提供一种运行维护成本低，充分利用海浪波、实现海洋浮漂的可持续供电的基于压电弹簧的自供电海洋浮标。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于压电弹簧的自供电海洋浮标，包括外壳、功能质量块和板式压电弹簧机构，

所述外壳内设有所述功能质量块，所述板式压电弹簧机构包括多个板式压电弹簧，多个所述板式压电弹簧两端分别连接所述功能质量块和所述外壳，多个所述板式压电弹簧均匀分布在所述功能质量块外；

所述板式压电弹簧为锯齿形板结构，所述板式压电弹簧上设有压电陶瓷片，所述功能质量块内设有传感器；

功能质量块在海浪的作用下产生振动使得所述板式压电弹簧发生形变，进而使所述压电陶瓷片发生形变产生电能，给所述传感器供电。

进一步地，还包括中间连接环，所述外壳包括第一外壳和第二外壳，所述第一外壳和第二外壳为结构相同的半球形壳体，所述第一外壳和第二外壳分别固定在所述中间连接环的两侧。

进一步地，所述中间连接环上设有多个均匀分布的第一螺孔，所述第一外壳和第二外壳靠近所述中间连接环的边缘设有法兰盘，所述法兰盘上设有多个与所述中间连接环上的第一螺孔位置相同的第二螺孔，通过将螺栓旋入所述第一螺孔和第二螺孔将所述第一外壳和第二外壳固定在所述中间连接环两侧。

进一步地，所述第一外壳和第二外壳外设有挂钩，所述第一外壳和第二外壳的外表面设有耐腐蚀层。

进一步地，所述板式压电弹簧两端均设有板簧连接孔，所述第一外壳和第二外壳内均设有板簧固定块，所述板簧固定块与所述板簧连接孔配合将所述板式压电弹簧连接在所述板簧固定块上；

所述中间连接环内设有矩形凸台，所述矩形凸台与所述板簧连接孔配合将所述板式压电弹簧连接在所述中间连接环上。