[发明专利]一种水流致振的多振子压电俘能器

说明书

本发明涉及一种水流致振的多振子压电俘能器，属流体发电领域。壳体上设有通流孔、端部安装有立板，立板上设有通流孔和凸台，凸台的左右两侧安装有等数量的压电振子；凸台的单侧安装的压电振子的数量大于1时，相邻两个压电振子的固定端之间压接有垫片；压电振子由基板和压电片粘接而成，凸台两侧压电振子的基板靠近安装；压电振子的另一端安装有顶块，顶块置于压电振子的基板的一侧，顶块的另一端顶靠在激励器的摇臂上；设有中空扰流体的激励器上的耳板设有轴孔，导柱穿过轴孔固定在壳体的侧壁上；激励器通过耳板、导柱及弹簧固定在壳体的上下侧壁上；压电振子安装前为平直结构、安装后为弯曲结构。

技术领域

本发明属于管道流体发电与管道监测技术领域，具体涉及一种水流致振的多振子压电俘能器。

背景技术

自来水等是居民日常生活不可或缺的消费品，其消耗量记录与统计目前还主要由人工来完成。人工抄表不仅效率低、浪费人力物力，更主要的是抄表员往往会因住户家中无人徒劳往返多次，严重地影响了数据统计的准确性及实时性，因此人们开始研制自来水和煤气远程自动抄表系统。虽然现有抄表系统数据处理及传输技术已很成熟，但目前尚无实际推广应用的报道，原因之一是其供电问题未能很好地解决，新老住宅都未为自动抄表系统预铺设电缆，如铺设临时明线则存在安全隐患、采用电池供则需经常更换，上述两种方法都难为用户所接受，故开发一种可以实现电能自给的自来水表势在必行。

发明内容

本发明提出一种水流致振的多振子压电俘能器，本发明采用的实施方案是：壳体上设有通流孔、端部经螺钉安装有立板，立板上设有通流孔和凸台，凸台的左右两侧通过螺钉及压块安装有数量相等的压电振子；凸台的单侧安装的压电振子的数量大于时，相邻两个压电振子的固定端之间压接有垫片，压电振子由压板经螺钉与垫片固定；压电振子由基板和压电片粘接而成，凸台两侧压电振子的基板靠近安装；压电振子的另一端经螺钉安装有顶块，顶块置于压电振子的基板的一侧，顶块的另一端顶靠在激励器的摇臂上；设有中空扰流体的激励器上的耳板设有轴孔，导柱穿过轴孔经螺钉固定在壳体的侧壁上；激励器通过耳板、导柱及弹簧固定在壳体的上下侧壁上；压电振子安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，非工作时压电片上的最大压应力为其许用压应力的一半，即压电振子的变形量为其最大允许变形量的一半并由下式确定：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和H分别为基板厚度和压电振子总厚度，E_m和E_p分别为基板和压电片的杨氏模量，k₃₁和分别为压电陶瓷材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子的长度。

非工作状态下，摇臂左右两侧的压电振子的变形和受力状态分别相同；工作时，即有流体流过扰流体时，扰流体会受到流体施加的左右交变的作用力，从而使激励器沿导柱轴向方向往复移动，再经摇臂、顶块迫使压电振子产生往复弯曲振动；当摇臂某一侧的压电振子弯曲变形量及压电片所受的压应力逐渐增加时，另一侧压电振子的变形量及压电片所受的压应力逐渐减小；压电片所受压应力的交替增加与减小过程中即将机械能转变成电能。

激励器上下移动过程中，同时受流体力、压电振子的弹性力及弹簧的弹簧力的共同作用，流体力是激励器往复移动运动的驱动力、压电振子的弹性力及弹簧的弹簧力为阻力；当一侧弹簧压缩到极限位置时，压电片所受的压应力为其许用压应力。

优势与特色：①利用钝体所受流体升力产生自激振动，振力及激励频率可通过扰流体尺度调节，低速时激励效果也较好，流体适应性强、结构简单；②工作中压电片仅承受压应力，可靠性高；③弹簧具有限位和缓冲的双重功能，进一步提高了可靠性；④激励器摇臂同时激励多个压电振子，发电能力强。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中俘能器的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图。