[发明专利]一种基于振动能量采集器的自供电铁路货车状态监测系统

说明书

本发明提供了一种基于振动能量采集器的自供电铁路货车状态监测系统，涉及铁路货车状态监测技术领域，用以解决目前铁路货车的无线收发模块和传感器模块的能量供给的问题以及尺寸要求高的问题，本系统包括：设置在铁路货车上，用于采集铁路货车运行时的机械能，并将采集的机械能转化为电能的MEMS振动能量采集器、用于接收MEMS振动能量采集器输出的交流电，并将接收的交流电转化为直流电的整流模块、传感器模块以及将接收的预设数据信息发送至后台服务器的无线收发模块。本自供电铁路货车状态监测系统能够大幅减小器件整体尺寸，还能提高一致性和稳定性。

技术领域

本发明涉及铁路货车状态监测技术领域，尤其涉及一种基于振动能量采集器的自供电铁路货车状态监测系统。

背景技术

随着高速铁路的飞速发展，对列车结构健康以及运行状态进行实时监测的重要性日益凸显。尤其是在铁路货车领域，运行速度，轴承温度、轴承裂纹、轴承振动等数据需要实时监测，以此来保证整个货车的健康运行。监测这些数据，需要配备相应的传感器或传感系统进行数据采集和传输，而这些传感器属于主动器件，需要外部电源进行供电来保证正常工作，而外部电源的获取通常是通过部署电力电缆线进行满足。但是在铁路货车领域，由于用途的特殊性，部署电力线缆并不现实，一方面是因为货车车厢需要专门配置电力接收装置，如果仅为小型传感器（系统）供电（功率一般在W级），陈本非常高昂；另一方面，部署电力电缆线存在严重的电磁干扰，会影响铁路货车的运行安全。为此急需发展新的供电系统来支撑铁路货车的状态监测。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于振动能量采集器的自供电铁路货车状态监测系统，用以解决铁路货车的无线传感系统的能量供给问题及尺寸要求高的问题，本铁路货车状态监测系统通过基于TVS技术的MEMS电磁式振动能量采集的设计，通过阵列化设计，既解决了输出功率偏低的问题，又解决了尺寸的问题。

为了达到上述目的，本铁路货车状态监测系统包括：MEMS振动能量采集器、整流模块、传感器模块以及无线收发模块；

所述MEMS振动能量采集器，设置在铁路货车上，用于采集铁路货车运行时的机械能，并将采集的机械能转化为电能；

所述整流模块，用于接收MEMS振动能量采集器输出的交流电，并将接收的交流电转化为直流电，用于给无线收发模块以及传感器模块供电；

所述传感器模块，用于采集铁路货车在运行过程中的预设数据信息；

所述无线收发模块，用于接收传感器模块采集的铁路货车在运行过程中的预设数据信息，并将接收的预设数据信息发送至后台服务器。

进一步地，还包括电池；

所述电池，和无线收发模块连接，用于当MEMS振动能量采集器的输出功率达不到预设需求功率时，给无线收发模块供电 。

进一步地，所述电池和整流模块连接，用于当MEMS振动能量采集器的输出电压低于整流模块的预设需求电压时，给整流模块供电。

进一步地，所述MEMS振动能量采集器采用MEMS工艺和TSV填充工艺制备。

进一步地，所述MEMS振动能量采集器包括多个能量收集器。

进一步地，所述多个能量收集器按照预设阵列组合排列，所述按照预设阵列组合排列后的多个能量收集器按照预设串并联连接关系连接。

进一步地，所述传感器模块包括：温度传感器、电流传感器、电压传感器、湿度传感器以及加速度传感器。

进一步地，所述MEMS振动能量采集器设置在铁路货车的车体、转向架或轮轴上面。

进一步地，所述能量收集器包括三维螺线圈、永磁体和放置永磁体的腔室，所述永磁体插入所述腔室。

本发明至少有以下有益效果是：