[发明专利]一种变压器振动-温差混合能量收集的自供电传感系统

权利要求书

1.一种变压器振动-温差混合能量收集的自供电传感系统，其特征在于，收集变压器外壳振动与温差变化产生的能量，用于变压器外壳传感监测设备的供电；研究基于温差和振动耦合的混合能量收集装置设计原理，构建能量收集装置结构与变压器振动频率、温差之间的匹配关系，设计宽频带（0-3000 Hz）的振动能量收集收集装置，包含压电、电磁感应与纳米摩擦发电能量收集单元，压电能量收集采用压电薄膜，电磁感应采用平面弹簧线圈和永磁体振动的结构；纳米摩擦发电能量采用柔性聚合物材料作为阴极和阳极，多种能量收集对应的振动能量收集能提高能量收集装置的输出功率（10mW）；温差能量收集模块采用热电材料，保证热电薄膜在温度变化下输出电压为10mV/℃；包含振动和温差变化的能量收集装置将热能和机械能转化为电能，结合整流装置、升压装置与储能装置，将为用于变压器结构健康监测的微电子器件供电；研究能量收集模块的能量收集与转化效率，分析变压器状态监测的微传感系统各部分（传感、采集、无线通信）的功耗水平，保证微系统收集的振动能量高于消耗的能量，实现面向变压器振动与外壳温度监测的微系统能量自行供给。

2.一种基于自供电传感系统的变压器外壳状态在线监测方法，其特征在于，研究变压器正常工作过程中的温度与振动数据感知与处理方法，研发集成加速度振动与温度功能检测的微传感系统，基于混合能量收集的自供电传感系统为传感、采集、无线通信模块供电，通过磁吸附方式实时采集变压器健康状态的在线监测，研究三维加速度传感器输出数据与变压器本体振动之间的映射关系，实现宽频（0-3000Hz）、大幅值（±15g）、高灵敏度（30mV/g）的振动信号采集；设计基于Pt金属薄膜的温度传感器，标定Pt温度传感器输出与温度变化之间的匹配关系，实现极端天气（-50-125℃）下变压器外壳温度高精度（±1℃）采集；开发多通道传感数据采集与无线通信系统，利用振动-温差能量收集的自供电传感系统用于保障传感设备的供电，采用低功耗芯片与采集电路，降低加速度振动模块和温度传感器模块的功耗水平，提出基于温度与振动信号的变压器在线自供电传感监测方法，实现变压器健康状态的在线监测与远程维护。

3.基于权利要求1到2所述的一种变压器振动-温差混合能量收集的自供电传感系统，其特征在于，不同能量收集单元之间的耦合要求混合能量收集装置结构更加紧凑，温差热电能量收集单元与装置的底部（平面线圈）相互固连在一起；纳米摩擦发电单元（TENG）上下层电极均固定在装置底部，与变压器和环境的振动频率密切相关；电磁感应模块的永磁体由平面弹簧薄膜支撑，跟随平面弹簧的上下运动而切割磁感线；压电薄膜安装在电磁感应模块平面弹簧的两端，保证电磁与压电模块相互耦合，同步运动用于收集系统的振动能量；不同单元的耦合结构设计加大了变压器自供电系统收集能量的频带宽度。

4.基于权利要求1到3所述的一种变压器振动-温差混合能量收集的自供电传感系统，其特征在于，一种变压器振动-温差混合能量收集的自供电传感系统，集成压电、磁电、摩擦电的振动能量收集装置，支持宽频带（0-3000 Hz）的振动能量收集收集装置，其中摩擦电支持0-100Hz，磁电支持20-1000Hz，压电支持100-3000Hz，实现了不同频带、不同模态的振动能量收集；多种能量收集对应的振动能量收集能提高能量收集装置的输出功率（10mW），能够保证用于变压器外壳监测的微电子设备能量供给。

5.基于权利要求1到4所述的一种变压器振动-温差混合能量收集的自供电传感系统，其特征在于，基于温差的变压器外壳能量收集支持-50-125℃温度范围，温差能量收集模块采用热电材料，保证热电薄膜在温度变化下输出电压为10mV/℃，在大范围的温差变动过程中，提高变压器外壳的热能收集效率。

6.基于权利要求1-5所述的一种变压器振动-温差混合能量收集的自供电传感系统，其特征在于，一种变压器振动-温差混合能量收集的自供电传感系统，多个拾振结构收集宽频带的振动能量，热电能量收集模块能够收集长时间工作过程中变压器外壳的温度变化产生的热能，宽频带与温度范围广的能量收集装置同步收集变压器振动与温差能量，扩大了能量收集的频率和温度范围，提高了混合能量收集的水平，保障用于变压器外壳监测电子设备的能量供给。