[发明专利]一种船舶定位跟踪系统用俘能器

说明书

本发明涉及一种船舶定位跟踪系统用俘能器，属压电发电技术领域。上盖装在壳体端部，上盖上设有上导套、装有限位环；壳体侧壁上设有环台、底壁上设有下导套，壳体底壁上装有限位环和电路板；导柱由上导柱、下导柱及球体构成，上下导柱分别套在上下导套中；上导套中经上导柱压接有缓冲簧，下导套中经下导柱压接有平衡簧；上下导柱上都套有复位簧和激励盘，激励盘盘体中心处设有内凹球面、外缘上设有圆环，圆环的激励面为倾斜的端面；套在上下导柱上的激励盘经螺钉连接并形成激励器；碟形复位簧的大端顶靠在激励盘的盘体上、小端顶靠在上导套或下导套的端部；壳体环台上装有由隔环隔开的两组压电振子，压电振子的自由端顶靠在激励面上。

技术领域

本发明属于压电发电技术领域，具体涉及一种船舶定位跟踪系统用俘能器。

背景技术

船舶定位跟踪系统在民用船舶上已得到广泛应用，为船舶的航行安全、及时救援、以及失联后的搜救等提供了有力的保障。然而，现有的定位跟踪系统都是基于发动机供电的，一旦船舶出现事故使发动机及整个电力系统失效时，定位跟踪系统也失去了其应有的功能。此外，现有的定位跟踪系统都是外置的，船舶失事进水时无法正常工作、船舶被不法分子劫持后定位系统也容易被关闭或破坏。近年来，为确保船舶定位系统安全可靠地工作，人们已经着手研究基于压电材料的自供电装置，称压电发电机或压电俘能器，以便与定位系统集成且被隐秘安装。然而，目前所提出的船舶定位跟踪系统用压电发电机大多直接利用压电振子上的附加质量惯性力激励，故只能收集某一固定振动方向的能量且谐振频率可调性差；最关键是压电振子工作中承受双向激励、产生双向弯曲变形，当船舶在风浪中振动或摇动幅度较大时，脆性压电材料易因所受拉应力过大而破碎。因此，为使压电发电机在船舶定位跟踪系统中得以实际应用，首先需要解决的关键问题是提高其振动方向的适应性、可靠性以及谐振频率的可调性。

发明内容

本发明提出一种船舶定位跟踪系统用俘能器，本发明采用的实施方案是：上盖经螺钉安装在壳体的侧壁端部，上盖上设有上导套，上盖上经螺钉安装有限位环，限位环的材料为弹性橡胶；壳体的侧壁上设有环台、底壁上设有下导套；壳体的底壁上经螺钉安装有限位环和电路板，电路板上设有能量转换处理电路和信号发射系统；导柱由上导柱、下导柱及连接上导柱和下导柱的球体构成，上导柱和下导柱分别套在上导套和下导套中；上导套中经上导柱压接有缓冲簧，下导套中经下导柱压接有平衡簧，缓冲簧和平衡簧均为碟形弹簧；上导柱及下导柱上都套有复位簧和激励盘，激励盘的盘体的中心处设有内凹球面、外缘上设有圆环，圆环的激励面为向盘体中心倾斜的斜面；套在上导柱及下导柱上的激励盘经螺钉连接并形成激励器，激励器上的两个内凹球面的球心相同，两个内凹球面套在导柱的球体上；复位簧为碟形弹簧，复位簧的大端顶靠在激励盘的盘体上、小端顶靠在上导套或下导套的端部；壳体的环台上经压环和螺钉安装有两组压电振子，两组压电振子由隔环隔开；压电振子为由基板和压电片粘接而成的扇形或长方形悬臂梁，各压电振子经不同的导线组分别与电路板连接；压电振子的基板靠近隔环安装，压电振子自由端顶靠在激励面上；压电振子安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，非工作时压电振子的弯曲变形量为其许用值的一半，压电振子为长方形时其自由端变形量的许用值为其中：B＝1-α+αβ，A＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝h_m/H，β＝E_m/E_p，h_m为基板的厚度，H为压电振子总厚度，E_m和E_p分别为基板和压电片材料的杨氏模量，k₃₁和分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子的悬臂长度。