一種新型壓電式水中振動能量采集裝置,包括管道，圓柱鈍體，壓電雙晶片，壓電聚合物薄膜，導線，整流電路，充電電池，電極點。本實用新型專利技術解決了現有技術對水下能量采集和轉化，并解決水下工作電路模塊電池供電的不足的問題，實現了利用流體通過鈍體結構時，形成渦街，渦街與壓電聚合物相互作用使得壓電雙晶片振動，通過壓電效應將機械能轉換為電能。且可以將單個能量采集裝置沿管道實現多個陣列化排布，以增加輸出功率。
【技術實現步驟摘要】
本技術涉及一種新型壓電式水中振動能量采集裝置,屬于能源
技術介紹
能量采集是一個將周圍能量轉換成電能的過程，例如太陽能、熱能、機械振動能。近些年隨著便攜式電子設備和無線技術的發展引導了超小型低功率的傳感器和執行器的發展。隨著無線傳感器網絡、嵌入式智能結構和可穿戴式健康監測等功耗低、獨立工作系統的迅速發展，對長壽命的獨立電源供應技術的需求越來越強烈。目前，環境振動能量采集技術是解決以上問題的有效方法。以壓電材料的壓電效應作為換能基礎設計制作的壓電發電裝置因具備能量密度高,壽命長，可與MEMS加工工藝兼容等優點，因而獲得了廣泛的關注。壓電能量采集器的工作原理是基于壓電材料的正壓電效應，其正壓電效應是將機械能轉化為電能，當外力作用到壓電元件上并引起材料發生變形，材料內部正、負束縛電荷之間的距離變小，極化強度也變小，導致原來吸附在電極上的自由電荷，有一部分被釋放，而出現放電現象。所產生的電能依賴于外部環境振動頻率，當壓電能量采集器的系統頻率與外部振動頻率相匹配產生共振時，將輸出最大功率，但是，當壓電能量采集器的系統頻率偏離外部振動頻率時，輸出的功率將減少。而水下壓電振動能量采集，是利用流體繞流鈍體產生的渦街使壓電片產生振動，從而輸出電能。壓電能量采集特別是振動能在近十年受到了很多的關注，由于水流具有很高的能量密度，是能量采集最好的選擇。本技術的優點是可直接利用管道內的流固耦合作用發電，結構簡單，便于安裝。本技術可用于水下的振動能量發電，并直接為水下環境工作器件的電池充電。經對現有技術文獻的檢索發現，Xiaobiao Shan, Rujun Song等在《Ceramics International 》41 (2015) S763–S767撰文“Novel energy harvesting: A macro fiber composite piezoelectric energy harvester in the water vortex”（“新的能量采集：宏纖維復合壓電能量采集”《陶瓷國際》）。該文中提出了一種利用渦街振動收集能量的壓電能量采集，但是，用這種方法一方面使得結構分離，而且采集的效果不佳。
技術實現思路
本技術目的在于針對現有技術的不足，提出一種新型壓電式水中振動能量采集裝置，解決現有水下能量采集和轉換難題。利用水下流體流動產生流固耦合效應，通過壓電效應，將機械能轉換為電能，為井下電池充電。本技術所述裝置結構包括：管道，圓柱鈍體，壓電雙晶片，壓電聚合物薄膜，導線，整流電路，充電電池，電極點；所述圓柱鈍體，壓電雙晶片、壓電聚合物薄膜、均置于管道內部;管道的上部開有與壓電雙晶片橫截面對應的孔洞，圓柱鈍體上部開有與壓電雙晶片橫截面對應的孔洞;壓電雙晶片上端與下端分別通過環氧樹脂膠固定在管道上，和圓柱鈍體上;壓電聚合物通過環氧樹脂膠粘附在圓柱鈍體后。分別在壓電雙晶片與壓電聚合物表面焊接導線并引入到整流電路內，通過整流電路與電池相連接，為電池供電。壓電雙晶片與壓電聚合物表面有一層絕緣層。所述壓電雙晶片是由兩層壓電片通過串聯或并聯方式堆疊而成；所述整流電路是將壓電雙晶片以及壓電聚合物薄膜產生的交流電轉換為直流電從而為電池充電；所述圓柱鈍體，壓電雙晶片，壓電聚合物薄膜，導線組成的能量采集裝置可沿管道實現多個陣列化排布，以增加輸出功率；所述的壓電聚合物薄膜既可以在水流中收集能量又可以引起壓電片的振動使得壓電片振動，從而使得壓電片將振動能量轉換成電能。本技術解決了現有技術對水下能量采集和轉化，并解決水下工作電路模塊電池供電的不足的問題，實現了利用流體通過鈍體結構時，形成渦街，渦街與壓電聚合物相互作用使得壓電雙晶片振動，通過壓電效應將機械能轉換為電能。且可以將單個能量采集裝置沿管道實現多個陣列化排布，以增加輸出功率。附圖說明圖1為本技術一實施例的整體結構示意圖；圖2為本技術中流體流過鈍體時產生渦街示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本技術的實施例作詳細說明：本實施例在以本技術技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本技術的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括：管道(1)、圓柱鈍體(2)、壓電雙晶片(3)、壓電聚合物（壓電聚合物薄膜）(4)、導線(5)、整流電路(6)、充電電池(7)。壓電雙晶片(3)上端固定在管道上，下端與圓柱鈍體連接。圓柱鈍體(2)，壓電雙晶片(3)、壓電聚合物（壓電聚合物薄膜）(4)、均置于管道(1)內部。壓電雙晶片(3)上端固定在管道(1)上，下端固定在圓柱鈍體(2)上。壓電雙晶片(3)是由壓電材料制成，壓電雙晶片(3)包括三層，中間層為金屬層，上層和下層均為壓電層，上層壓電層和下層壓電層上均覆蓋有電極，上層壓電層電極和下層壓電層電極并聯連接。管道(1)的上部開有與壓電雙晶片橫截面對應的孔洞，壓電雙晶片(3)的一端直接粘附于孔洞內。圓柱鈍體(2)上部開有與壓電雙晶片橫截面對應的孔洞，壓電雙晶片(3)的下端直接粘附于孔洞內。壓電聚合物（壓電聚合物）(4)粘附在圓柱鈍體后。為了使管道(1)內流場穩定，盡量使圓柱鈍體(2)置于管道(1)內的中心位置且與水平方向垂直。如圖1、圖2所示，本實施例的壓電雙晶片(3)在管道(1)上部要固定好。固定處防止發生晃動，與水平面垂直，且雙晶片的上下面與水流方向一致。壓電雙晶片(3)與壓電聚合物要做好絕緣處理。壓電聚合物(4)在水流繞流鈍體產生的渦街力下產生運動，圓柱鈍體(2)在受水流沖力與渦街作用力下產生擺動從而帶動壓電雙晶片發生振動。從而壓電雙晶片(3)與壓電聚合物(4)產生電能。本實施例在制作時，將接好導線(5)的壓電雙晶片與壓電聚合物（壓電聚合物）噴涂一層絕緣漆以作絕緣防水處理。各尺寸可根據管道(1)直徑進行選擇。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種新型壓電式水中振動能量采集裝置,其特征在于:所述裝置結構包括管道，圓柱鈍體，壓電雙晶片，壓電聚合物薄膜，導線，整流電路，充電電池，電極點;所述圓柱鈍體，壓電雙晶片、壓電聚合物薄膜、均置于管道內部;管道的上部開有與壓電雙晶片橫截面對應的孔洞，圓柱鈍體上部開有與壓電雙晶片橫截面對應的孔洞;壓電雙晶片上端與下端分別通過環氧樹脂膠固定在管道上，和圓柱鈍體上;壓電聚合物通過環氧樹脂膠粘附在圓柱鈍體后;別在壓電雙晶片與壓電聚合物表面焊接導線并引入到整流電路內，通過整流電路與電池相連接，為電池供電;電雙晶片與壓電聚合物表面有一層絕緣層。
【技術特征摘要】
1.一種新型壓電式水中振動能量采集裝置,其特征在于:所述裝置結構包括管道，圓柱鈍體，壓電雙晶片，壓電聚合物薄膜，導線，整流電路，充電電池，電極點;所述圓柱鈍體，壓電雙晶片、壓電聚合物薄膜、均置于管道內部;管道的上部開有與壓電雙晶片橫截面對應的孔洞，圓柱鈍體上部開有與壓電雙晶片橫截面對應的孔洞;壓電雙晶片上端與下端分別通過環氧樹脂膠...
【專利技術屬性】
技術研發人員：侯誠，唐剛，胡敏，徐斌，李志彪，閆肖肖，徐兵，
申請(專利權)人：南昌工程學院，
類型：新型
國別省市：江西;36
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