专利摘要
本实用新型揭示了一种基于振动能采集器的自供电传感器，能量采集器通过电源线连接电能储存电路并为电能储存电路充电，所述电能储能电路通过电能瞬间放电电路连接传感器本体的电源端，所述能量采集器设有支撑臂，所述支撑臂为圆锥体或锥台结构，所述支撑臂较小的一端固接有连杆并通过连杆固定在支架上，所述支撑臂较大的一端固接有质量块，所述支撑臂外表面贴附有用于发电的压电陶瓷。本实用新型能够实现传感器的自供电，不需要额外的配备电源，此外，采集器具有调节机械能转化为电能的效率，同时还可以控制支撑臂的振动频率在可控制的范围内，末端加上速度传感器可以更为精准的捕捉到震动速度，本实用新型具有结构简单，稳定性强，易于实现等特点。
权利要求
1.基于振动能采集器的自供电传感器，其特征在于：能量采集器通过电源线连接电能储存电路并为电能储存电路充电，所述电能储存电路通过电能瞬间放电电路连接传感器本体的电源端，所述能量采集器设有支撑臂，所述支撑臂为圆锥体或锥台结构，所述支撑臂较小的一端固接有连杆并通过连杆固定在支架上，所述支撑臂较大的一端固接有质量块，所述支撑臂外表面贴附有用于发电的压电陶瓷。
2.根据权利要求1所述的基于振动能采集器的自供电传感器，其特征在于：所述支撑臂每间隔设定距离设有向轴心方向凹陷的凹槽结构，所述支撑臂为橡胶材质。
3.根据权利要求2所述的基于振动能采集器的自供电传感器，其特征在于：所述压电陶瓷为条状结构，由支撑臂一端呈螺旋状延伸至支撑臂的另一端，所述压电陶瓷经过凹槽结构的部分为向下凹陷并与凹槽结构贴合。
4.根据权利要求3所述的基于振动能采集器的自供电传感器，其特征在于：所述支架为柱状结构，所述支架竖直固定在底座上，围绕所述支架的侧面固定有2-6个能量采集器，所述底座上安装孔，螺钉穿过安装孔将底座固定在需要安装的位置。
5.根据权利要求4所述的基于振动能采集器的自供电传感器，其特征在于：所述传感器本体为速度传感器，每个所述能量采集器上均固定有一个速度传感器，所述速度传感器通过安装座固定在质量块上。
6.根据权利要求5所述的基于振动能采集器的自供电传感器，其特征在于：每个所述能量采集器配有一个橡胶支撑碗，所述橡胶支撑碗外周边支撑或固定在支架上，顶端支撑或固定在支撑臂的端部，所述连杆穿过所述橡胶支撑碗固定在支架上。
7.根据权利要求1-6中任一所述的基于振动能采集器的自供电传感器，其特征在于：每个所述能量采集器设有独立的电能储存电路、电能瞬间放电电路、控制电路，所述压电陶瓷均为压电PZT-5H材料，同一个支撑臂上的条状压电陶瓷由多段独立的压电陶瓷单元构成，所述压电陶瓷单元并联接入电能储存电路，每个所述电能储存电路包括阻抗匹配电路、整流电路和电容器，所述阻抗匹配电路输入端连接压电陶瓷，所述阻抗匹配电路输出端连整流电路的输入端，所述整流电路的输出端为电容器充电，所述电容器连接电能瞬间放电电路输入端。
8.根据权利要求7所述的基于振动能采集器的自供电传感器，其特征在于：每个所述电能储存电路设有两个电容器分别为电容器C1和电容器C2，所述整流电路具有两路输出分别连接电容器C1和电容器C2，所述电容器C1连接电能瞬间放电电路并为其供电，所述电容器C2连接控制电路并为其供电，所述控制电路的控制信号输出端连接电能瞬间放电电路的控制信号输入端。
9.根据权利要求8所述的基于振动能采集器的自供电传感器，其特征在于：所述传感器本体的信号输出端连接处理器的信号输入端，所述处理器的信号输出端连接通信单元，并通过通信单元采用无线信号将传感器本体采集的信号发送至所匹配的接收器，所述电能瞬间放电电路的电源输出端分别连接处理器和通信单元的电源端。
10.根据权利要求9所述的基于振动能采集器的自供电传感器，其特征在于：所述电能储存电路、电能瞬间放电电路、控制电路、处理器和通信单元均固定在底座内，所述底座内的元器件通过穿过连杆和支撑臂内部的导线与传感器本体、压电陶瓷连接。
说明书
技术领域
本实用新型涉及自供能式传感器。
背景技术
目前，市面上大多数的速度传感器，其内芯体结构复杂，体积较大，装配工艺步骤繁琐，且成本较高，由于速度传感器用于测量振动速度，而且对于速度传感器最好以免维护的、独立的和持久的方式运行，这对电子器件设备的供电方式提出了新的要求:一种能够从环境中收集能量，并且通过能量转换来驱动速度传感器，实现能量自供给。因此，实现速度传感器的自供电能对于速度传感器的广泛应用至关重要，这正逐渐成为该领域现在和未来的主要研究方向之一。
众所周知，我们生活的环境中充满了各式各样的能量，如太阳能、生物能、振动能、肌肉活动能、形变能、化学能、微风能和热能等。我们可以利用能量采集器将这些能量通过振动方式产生的机械能转换为驱动小型速度传感器的电能，进而制造出自供能速度传感器。因此，从环境中收集能量来满足小型电子器件的供电需求成为迫切和具有挑战性的课题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是实现一种能够收集振动能并转换成电能储存，实现传感器自供电的装置。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种基于振动能采集器的自供电传感器，能量采集器通过电源线连接电能储存电路并为电能储存电路充电，所述电能储存电路通过电能瞬间放电电路连接传感器本体的电源端，所述能量采集器设有支撑臂，所述支撑臂为圆锥体或锥台结构，所述支撑臂较小的一端固接有连杆并通过连杆固定在支架上，所述支撑臂较大的一端固接有质量块，所述支撑臂外表面贴附有用于发电的压电陶瓷。
所述支撑臂每间隔设定距离设有向轴心方向凹陷的凹槽结构，所述支撑臂为橡胶材质。
所述压电陶瓷为条状结构，由支撑臂一端呈螺旋状延伸至支撑臂的另一端，所述压电陶瓷经过凹槽结构的部分为向下凹陷并与凹槽结构贴合。
所述支架为柱状结构，所述支架竖直固定在底座上，围绕所述支架的侧面固定有2-6个能量采集器，所述底座上安装孔，螺钉穿过安装孔将底座固定在需要安装的位置。
所述传感器本体为速度传感器，每个所述能量采集器上均固定有一个速度传感器，所述速度传感器通过安装座固定在质量块上。
每个所述能量采集器配有一个橡胶支撑碗，所述橡胶支撑碗外周边支撑或固定在支架上，顶端支撑或固定在支撑臂的端部，所述连杆穿过所述橡胶支撑碗固定在支架上。
每个所述能量采集器设有独立的电能储存电路、电能瞬间放电电路、控制电路，所述压电陶瓷均为压电PZT-5H材料，同一个支撑臂上的条状压电陶瓷由多段独立的压电陶瓷单元构成，所述压电陶瓷单元并联接入电能储存电路，每个所述电能储存电路包括阻抗匹配电路、整流电路和电容器，所述阻抗匹配电路输入端连接压电陶瓷，所述阻抗匹配电路输出端连整流电路的输入端，所述整流电路的输出端为电容器充电，所述电容器连接电能瞬间放电电路输入端。
每个所述电能储存电路设有两个电容器分别为电容器C1和电容器C2，所述整流电路具有两路输出分别连接电容器C1和电容器C2，所述电容器C1连接电能瞬间放电电路并为其供电，所述电容器C2连接控制电路并为其供电，所述控制电路的控制信号输出端连接电能瞬间放电电路的控制信号输入端。
所述传感器本体的信号输出端连接处理器的信号输入端，所述处理器的信号输出端连接通信单元，并通过通信单元采用无线信号将传感器本体采集的信号发送至所匹配的接收器，所述电能瞬间放电电路的电源输出端分别连接处理器和通信单元的电源端。
所述电能储存电路、电能瞬间放电电路、控制电路、处理器和通信单元均固定在底座内，所述底座内的元器件通过穿过连杆和支撑臂内部的导线与传感器本体、压电陶瓷连接。
本实用新型能够实现传感器的自供电，不需要额外的配备电源，此外，采集器具有调节机械能转化为电能的效率，同时还可以控制支撑臂的振动频率在可控制的范围内，末端加上速度传感器可以更为精准的捕捉到震动速度，本实用新型具有结构简单，稳定性强，易于实现等特点。
附图说明
下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为振动能采集器结构示意图；
图2为基于振动能采集器的自供电传感器系统框图
图3为电源管理电路示意图；
上述图中的标记均为：1、质量块；2、速度传感器；3、螺栓；4、安装座；5、支撑臂；6、连杆；7、螺钉；8、支架；9、底座。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的实用新型构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
基于振动能采集器的自供电传感器的能量采集器通过支撑臂5上压电陶瓷产生电能实现自供电，如图1所示，支撑臂5为圆锥体或锥台结构，即采用的是一头大一头小的结构，大的一端在外面，小的一端在里面，这样设计对于外界轻微的震动都可以捕捉的到。支撑臂5较小的一端固接有连杆6并通过连杆6 固定在支架8上，较大的一端固接有质量块1，支撑臂5所述支撑臂5外表面贴附有用于发电的压电陶瓷，当支撑臂5上下振动时，压电陶瓷受到一定的外力，在材料压电效应的作用下，在它的表面产生带电的电荷。当压电陶瓷受到的外力相反的时，产生的电荷则会相反，外力一旦消失，电荷也会消失，产生的这些电量可以为连接压电陶瓷的速度传感器2提供电能，从而达到自主供能的效果。
支撑臂5每间隔设定距离设有向轴心方向凹陷的凹槽结构，可以增大压电陶瓷材料与支撑臂5的接触面积，从而达到增大机械能转换为电能的效果，还可以根据速度传感器2所需求的电能来调节能量采集的效率，大的一端在外面还可以降低支撑臂5结构振动能量收集器振动的固有频率，支撑臂5的末端是速度传感器2，放在末端可以更加精准的捕捉到震动时产生的速度，同时速度传感器2中的压电元件在正压电效应的作用下，当速度传感器2感应到振动时，速度传感器2中的质量块1作用在压电元件的的力同时发生变化，压电元件产生的电荷与加速度值成正比关系，电荷经导线传输到后端积分放大电路板处理后则转化为与振动速度量相关的电压量输出，达到测量振动速度的效果。
支撑臂5优选橡胶材质这样可以提升支撑臂5震动的频率和幅度，提升压电陶瓷的发电效果，并且这样的支撑臂5结构可以接收到任意方向(上下、左右)的震动力影响，压电陶瓷为条状结构，由支撑臂5一端呈螺旋状延伸至支撑臂5的另一端，这样支撑臂5任意方向波动时，压电陶瓷均能进行发电，此外，压电陶瓷经过凹槽结构的部分为向下凹陷并与凹槽结构贴合，凹陷结构可以进一步的提高支撑臂5的振动幅度，也对压电陶瓷进行了进一步的压缩和拉伸，增大了压电陶瓷的面积，也就增加了能量采集效率，此外，凹槽结构可以控制支撑臂5的震动频率在可控制的范围内。
每个能量采集器为一个独立的传感器部件，独立的为一个传感器供电，例如传感器本体为速度传感器2，每个能量采集器上均固定有一个速度传感器2，速度传感器2通过安装座4固定在质量块1上，并通过螺栓3紧固，螺栓3的作用是用来固定速度传感器2的内部结构，安装座4是用来加强速度传感器2 在支撑臂5上的稳定性。支架8为柱状结构，支架8竖直固定在底座9上，围绕支架8的侧面固定有2-6个能量采集器，则一个器件能够同时实现2-6个传感器的工作。底座9上安装孔，螺钉7穿过安装孔将底座9固定在需要安装的位置。电能储存电路、电能瞬间放电电路、控制电路、处理器和通信单元均固定在底座9内，底座9内的元器件通过穿过连杆6和支撑臂5内部的导线与传感器本体、压电陶瓷连接，这样的布局结构也更加的合理，方便生产后后期检修，底座9也具有保护内部电子元器件的作用。
为了保证装置工作的可靠性，每个能量采集器配有一个橡胶支撑碗，橡胶支撑碗为球冠结构，橡胶支撑碗外周边支撑或固定在支架8上，顶端支撑或固定在支撑臂5的端部，连杆6穿过所述橡胶支撑碗固定在支架8上，既能支撑、保护支撑臂5，也能为支撑臂5提供一定的弹性支撑力，提升震动力对支撑臂5 的影响。
如图2所示，能量采集器通过电源线连接电能储存电路并为电能储存电路充电，电能储存电路通过电能瞬间放电电路连接传感器本体的电源端，当支撑臂5振动产生相应的机械能,粘贴在支撑臂5上的压电陶瓷材料把机械能转换为电能并存储在超级电容器中。当电量积累到一定程度时,控制电路控制电能瞬间放电，电路工作。将超级电容器中的电量瞬间释放,产生较大的放电功率驱动速度传感器2、处理器及发射模块工作，同时速度传感器2中的压电元件在正压电效应的作用下，当速度传感器2感应到振动时，速度传感器2中的质量块1作用在压电元件的力同时发生变化，压电元件产生的电荷与加速度值成正比关系，电荷经导线传输到后端积分放大电路板处理后则转化为与振动速度量相关的电压量输出，达到测量振动速度的效果。
每个能量采集器设有独立的电能储存电路、电能瞬间放电电路、控制电路，压电陶瓷均为压电PZT-5H材料，同一个支撑臂5上的条状压电陶瓷由多段独立的压电陶瓷单元构成，压电陶瓷单元并联接入电能储存电路，
压电陶瓷压电层并联(极化方向相反)，中间金属层作为上、下压电层的共用电极，在压电层的表面覆有金属薄膜作为引出电极，用来收集电荷，支撑臂5 自由端固定有钨合金作为质量块1。支撑臂5的压电层并联，以提高能量采集电流。其中压电陶瓷弹性常数为6.2×10
电源管理电路的组成有阻抗匹配电路、整流电路、储能电路和瞬时放电电路等组成。电源管理电路的原理图如图3所示。其中超级电容C1为储能电容，为传感器的工作提供能量。电解电容C2为辅助电容，为控制电路提供工作电压和能量。控制电路通过检测储能电容的电压来控制瞬时放电电路的工作。
压电换能器并联将振动产生的机械能转换为电能，阻抗匹配电路对压电换能器进行阻抗匹配，匹配后的两路能量输出信号再经过整流后，分别对C1和C2 进行充电。当C1的电压达到阈值电压上限时，瞬时放电电路开始工作，储能电容瞬间释放其存储的电能，驱动传感器工作。随着无感器的耗能，当C1的电压降至阈值电压下限时，放电电路结束工作，储能电容结束放电。储能电容放电一次，传感器完成一次采集发射数据，储能电容再进入下一个充电周期。
电能瞬间放电电路的负载是由速度传感器2元件、数据处理器和通信单元三部分组成。传感元件根据需要选用的是MAP&BAP绝对速度传感器2,其为典型的安全相关速度传感器2，尺寸小、功耗低、精度高。数据处理与控制单元选择Atmel公司的超低功耗处理器ATmega32L。通信单元采用Chipcon公司为低功耗无线应用而设计的单片UHF收发通信芯片CC1100。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。
基于振动能采集器的自供电传感器专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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