[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

说明书

本发明公开了一种变压器振动‑温差混合能量收集的自供电传感系统，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，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，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，保证热电薄膜的输出电压为10mV/℃，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，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。

技术领域

本发明涉及变压器振动监测领域，特别涉及一种变压器振动-温差混合能量收集的自供电传感系统。

背景技术

自供电传感器系统在输配电、供电基础设施结构健康监测中得到了广泛应用与高速发展，动态时变环境对变压器结构振动能量提出新的挑战，如何将新型能量收集技术应用到变压器结构振动与环境能量收集中，实现变压器结构状态数据的自供电传感。

当前，自供电传感技术已经在电力工程结构健康监测中得到了规模应用，专利CN114915209A公开了一种转向架振动柔性混合能量收集装置及无线自供电节点，用于收集列车转向架振动能量，并在基础上构建自供电的无线传感网络，实现转向架结构状态的在线监测。专利CN109556862A公开了基于自供电传感网络的轨道列车轮对轴承的安全监测系统，用于将列车运行过程中产生的振动机械能转化为电能，并将所述的电能输出给所述的无线传感器，所述的无线传感器通过所述的电能进行工作，在线采集列车运行过程中轮对轴承的振动加速度数据，并实现列车轴承的在线监测。目前变压器外壳的复杂工况，其外壳受到结构振动、环境影响以及变压器外壳的温度辐射导致的外壳温度变化范围，亟待发明新型能量收集装置实现变压器外壳结构与温差能量，并为用于变压器结构与温差能量收集的传感系统供电，实现变压器外壳的自供电传感和运行状态在线监测。

本发明一种变压器振动-温差混合能量收集的自供电传感系统，提出基于变压器外壳的温度与振动数据变压器状态的融合感知算法，考虑长时间历史数据与当前数据状态的影响，实现对变压器状态在线监测与缺陷在线诊断，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，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。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的第一目的在于提供一种变压器振动-温差混合能量收集的自供电传感系统，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（0-3000Hz）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。