[发明专利]一种基于变压器的压电能量采集器及其功率优化方法

说明书

本发明涉及压电取能技术领域，尤其涉及一种基于变压器的压电能量采集器及其功率优化方法，包括：测量变压器箱体表面振动信号，并对采集到的振动信号进行时频域分析，得到监测点的振动中心频率；调整压电振子上质量块的位置，使压电振子共振频率等于振动中心频率；通过信号发生器模拟变压器箱体表面振动波形，作用于调频后的压电能量采集器，测量其输出特性，并对输出功率进行优化。本发明中，将压电振子的共振频率等于这个振动中心频率，从而能够俘获较高水平的发电功率，且通过模拟变压器表面振动波形，测量其输出特性，对输出功率进行优化，从而可以更好的适应变压器表面，对振动传感器提供更为稳定的电能，提高使用寿命和长期监测效果。

技术领域

本发明涉及压电取能技术领域，尤其涉及一种基于变压器的压电能量采集器及其功率优化方法。

背景技术

在变压器的运行过程中，其本身存在振动，邮箱表面的振动时多振动源耦合叠加信号的结果，绕组与铁芯产生的振动通过液体路径与固体路径传到邮箱表面。变压器在整个运行器件，承受的电压相对稳定，即铁芯振动基本保持不变；绕组流过电流会发生较大变化，绕组振动是多线圈振动耦合叠加结果，不同大小电流下，不同位置线圈振动响应不同，对邮箱表面振动贡献率不同，因此，正常状态下邮箱表面振动差异性主要由绕组振动造成的。

收集变压器正常运行条件下的振动能量，为振动测量传感器供电，不但可以减小安装在线监测设备对变压器安全稳定运行的影响，还可以实现自取能以延长设备的单次使用寿命。

当前振动能量回收的方式主要有静电式、电磁式、压电式三种。静电式是利用静电感应原理将机械能转换为电能，电磁式是利用电磁感应原理将机械能转换为电能，压电式是利用压电材料的正压电效应将机械能转换为电能。其中，压电式振动能量回收方式是能量密度最高，而且压电能量回收系统结构简单，易于集成和实现微型化，可以广泛应用于生活和生产实践中，这相比电磁式和静电式具有较大的优势。然而传统悬臂梁固定方式压电振子存在频率带窄的问题，压电片的发电性能易受环境振动频率的影响，一旦环境振动频率与压电振子谐振频率稍有偏离，发电性能将迅速减弱。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提供了一种基于变压器的压电能量采集器及其功率优化方法，从而有效解决背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于变压器的压电能量采集器功率优化方法，包括：

测量变压器箱体表面振动信号，并对采集到的振动信号进行时频域分析，得到监测点的振动中心频率；

调整压电振子上质量块的位置，使压电振子共振频率等于所述振动中心频率；

通过信号发生器模拟变压器箱体表面振动波形，作用于调频后的压电能量采集器，测量其输出特性，并对输出功率进行优化。

进一步地，通过加速度传感器对变压器箱体表面振动信号进行采集。

进一步地，所述时频域分析中，将所述振动信号经傅里叶变换得到频率-加速度曲线，所述振动中心频率为所述频率-加速度曲线中，加速度最大处对应的频率。

进一步地，调整压电振子上质量块的位置时，通过对比质量块不同位置下，共振频率与开路电压、带负载后负载电压和发电功率的变化趋势，对质量块位置进行调整。

进一步地，通过调整质量块与压电振子非固定端边的距离，对质量块的位置进行调整。

进一步地，所述测量其输出特性中，从所述信号发生器模拟输入振动信号，经功率放大器调整输入加速度波形幅值为实测加速度波形幅值，将放大后的信号提供给激振器，作用在激振器上的振动激励信号驱动压电振子振动，压电能量采集器将输出电能连接至负载电阻箱，通过示波器观察压电阵列的开路输出电压，并对负载电阻输出的负载电压和负载功率进行记录。