[发明专利]基于风致振的压电能量收集结构及自供电风速测量装置、方法

说明书

本发明涉及风速测量技术领域，具体而言，涉及一种基于风致振的压电能量收集结构及自供电风速测量装置、方法，包括：壳体和设于壳体内的环音振动机构和压电换能机构；其中环音振动机构，包括设于壳体一端开口部的微孔增流组件和位于壳体内腔中的环形谐振腔；微孔增流组件包括一环形堵塞和位于该环形堵塞外周的环形喷气道；环形喷气道与环形谐振腔贯通相连；环形谐振腔与微孔增流组件相对的端部具有环形尖劈，当气流通过环形喷气道后冲压环形尖劈处，环形尖劈产生音频扰动使环形谐振腔内部的空气进入谐振状态；压电换能机构，收容于壳体的另一端开口部配置的盖板内侧壁上，压电换能机构包括基板和分别贴合于基板两侧端的第一压电片和第二压电片。

技术领域

本发明涉及风速测量技术领域，具体而言，涉及一种基于风致振的压电能量收集结构及自供电风速测量装置、方法。

背景技术

风速传感器主要用于检测环境中的风速，应用领域广，在环境检测、天气预报、煤矿通风监测、森林防火警报等都具有应用潜力。风速传感器可分为热式和非热式。热式风速传感器基本以热温差为其工作原理，通过温差来测量风速，其制作工艺与CMOS工艺兼容。然而，该类传感器功耗较高，不太适合用作自供电无线风速传感器。非热式风速传感器将风速转换为位移、压力、电压、振动频率等信息来测量，具有很大的应用价值。

在多种可行的风速测量技术中，压电式采集器件具有较高的能量输出密度，其中，机械激励压电元件有其独特的性能，其源阻抗是电容性而不是电感性，它可以由不同幅度的机械振动来驱动。也易于加工成各种形状或与基体集成，利用压电系统将结构振动或运动转化成可用的电能最受关注，在各种传感器中得到了广泛应用。

风/气流激励型机械驱动有多种不同的形式。从激励的作用方面看，可分为转动型和振动型。靠风或气流直接推动涡轮叶片驱动的转动式电磁能量收集器存在结构复杂、加工和安装较为困难、成本高、电磁污染、可靠性低等问题。要充分利用风力、气流动能，必须寻求新的方法。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种基于风致振的压电能量收集结构，以解决提高压电换能机构振动时的输出功率的技术问题。

本发明的第二目的是提供一种自供电风速测量装置，以解决可自供电地实现风能的采集与风速的测量的技术问题。

本发明的第三目的是提供一种自供电风速测量方法，以解决可自供电地实现风能的采集与风速的测量的的技术问题。

本发明的基于风致振的压电能量收集结构是这样实现的：

一种基于风致振的压电能量收集结构，包括：壳体和设于壳体内的环音振动机构和压电换能机构；其中

所述环音振动机构，包括设于所述壳体一端开口部的微孔增流组件和位于所述壳体内腔中的环形谐振腔；所述微孔增流组件包括一环形堵塞和位于该环形堵塞外周的环形喷气道；所述环形喷气道与所述环形谐振腔贯通相连；所述环形谐振腔与所述微孔增流组件相对的端部具有环形尖劈，当气流通过环形喷气道后冲压环形尖劈处，所述环形尖劈产生音频扰动使环形谐振腔内部的空气进入谐振状态；

压电换能机构，收容于所述壳体的另一端开口部配置的盖板内侧壁上，所述压电换能机构包括基板和分别贴合于基板两侧端的第一压电片和第二压电片。

在本发明较佳的实施例中，所述第一压电片和第二压电片均采用压电PZT陶瓷制成压电片；

所述第一压电片位于所述环形谐振腔的底部且朝向环形堵塞以构成环形谐振腔的刚性壁面；

所述第二压电片位于所述环形谐振腔的底部且朝向盖板设置。

在本发明较佳的实施例中，所述环音振动机构包括位于所述微孔增流组件与环形谐振腔之间的且与所述环形谐振腔同轴设置的中心柱。

在本发明较佳的实施例中，所述微孔增流组件与所述环形谐振腔之间留有间隙；所述中心柱位于该间隙处；以及