本發(fā)明屬于發(fā)電技術領域，具體涉及一種河流監(jiān)測系統(tǒng)用自供電裝置，為河流監(jiān)測系統(tǒng)提供能量。

背景技術：

我國境內遍布的河流達數(shù)千條之多。近年來，由于工業(yè)廢污水處理力度不夠、水土流失及農藥和化肥使用不當?shù)仍颍蟛糠趾恿鞫即嬖谝欢ǔ潭鹊奈廴締栴}，近1/4的河流或河段因污染而不能滿足基本的灌溉需求。此外，由于目前很多地區(qū)中小河流防洪設施不完善、甚至沒有任何防洪設施，汛期來臨之際可能導致潰堤或漫堤等危險，直接威脅了沿岸群眾的生命和財產安全。因此，河流監(jiān)測已受到國家相關部門的高度重視，十二五期間水利部就曾計劃實現(xiàn)對《中小河流治理和中小水庫除險加固專項規(guī)劃》中確定的五千余條河流的監(jiān)測全覆蓋；同時，國內專家學者也相繼提出了相應的監(jiān)測方法和手段，包括針對河水污染的水質監(jiān)測技術，針對防洪及造成泥石流等自然災害的雨量、水位以及河道水流速度監(jiān)測技術等多方面。雖然目前所提出的某些監(jiān)測方法在技術層面已較成熟，但尚未得到大面積的推廣應用，其主要原因之一是監(jiān)測系統(tǒng)供電問題未得到很好的解決。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種河流監(jiān)測系統(tǒng)用自供電裝置，本發(fā)明采用的實施方案是：殼體的側壁端部經螺釘安裝有端蓋，殼體底壁的外側為圓弧面，殼體底壁的內側安裝有限位磁鐵、外側設有4個耳板，4個耳板的端部經橫梁兩兩相連；端蓋的凸臺上經螺釘及壓板安裝有壓電振子和激勵簧片，激勵簧片兩側壓電振子的數(shù)量相等，激勵簧片與其相鄰的壓電振子的固定端之間、以及兩個相鄰壓電振子的固定端之間壓接有墊片；壓電振子由基板和壓電晶片粘接而成，壓電振子的自由端經螺釘安裝有頂塊，頂塊位于基板一側，頂塊頂靠在激勵簧片上，激勵簧片的自由端經螺釘安裝有質量塊和被激磁鐵；銷軸的兩端分別固定在兩個相互平行的橫梁上，銷軸自下而上依次套有平衡彈簧、鈍體和限位彈簧，鈍體為中空結構，鈍體上經螺釘安裝有激勵磁鐵，被激磁鐵與激勵磁鐵相互吸引、與限位磁鐵相互排斥。

本發(fā)明中，壓電振子安裝前為平直結構、安裝后為彎曲結構且壓電晶片承受壓應力，非工作時壓電晶片上最大的壓應力為其許用壓應力的50％；

頂塊高度為其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm和h分別為基板厚度和壓電振子總厚度，em和ep分別為基板和壓電晶片的楊氏模量，k31和分別為壓電陶瓷材料的機電耦合系數(shù)和許用壓應力，l為壓電振子的長度。

非工作狀態(tài)下，激勵簧片不發(fā)生彎曲變形，激勵簧片兩側對稱安裝的壓電振子的變形和受力狀態(tài)分別相同。工作狀態(tài)下，即有流體從右到左流過鈍體時，鈍體會受到流體施加的上下交變的作用力，從而使鈍體上下往復擺動，再經激勵磁鐵與被激磁鐵之間的相互吸引力帶動激勵簧片往復擺動；激勵簧片再經頂塊迫使壓電振子產生單向彎曲變形；當激勵簧片一側的壓電振子彎曲變形量及壓電晶片所受的壓應力逐漸增加時，另一側壓電振子的變形量及壓電晶片所受的壓應力逐漸減??；壓電晶片所受壓應力的交替增加與減小過程中即將機械能轉變成電能，所生成的電能經轉換處理后用于監(jiān)測系統(tǒng)；被激磁鐵與某一個限位磁鐵相接觸時，壓電晶片所受的壓應力不大于其許用壓應力。

本發(fā)明中，壓電振子與頂塊構成一個彈簧質量系統(tǒng)，激勵簧片與被激磁鐵及質量塊構成一個彈簧質量系統(tǒng)，激勵磁鐵與鈍體、平衡彈簧及限位彈簧構成一個彈簧質量系統(tǒng)，故俘能器總體為三自由度系統(tǒng)。

優(yōu)勢與特色：①俘能器為3自由度系統(tǒng)且易通過各子系統(tǒng)質量及剛度調節(jié)其固有頻率，頻帶寬、流體環(huán)境適應性強；②壓電振子不與流體直接作用、工作中壓電晶片僅承受分布均勻且可控的壓應力，可靠性高、發(fā)電量大；③利用鈍體所受流體升力產生自激振動，低速時激勵效果也較好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個較佳實施例中自供電裝置的結構示意圖；

圖2是圖1的a-a剖視圖。

具體實施方式

殼體a的側壁端部經螺釘安裝有端蓋b，殼體底壁a1的外側為圓弧面，殼體底壁a1的內側安裝有限位磁鐵x、外側設有4個耳板a2，4個耳板a2的端部經橫梁a3兩兩相連；端蓋b的凸臺b1上經螺釘及壓板c安裝有壓電振子d和激勵簧片e，激勵簧片e兩側的壓電振子d的數(shù)量相等，激勵簧片e與其相鄰的壓電振子d的固定端之間、以及兩個相鄰壓電振子d的固定端之間壓接有墊片f；壓電振子d由基板d1和壓電晶片d2粘接而成，壓電振子d的自由端經螺釘安裝有頂塊g，頂塊g位于基板d1一側，頂塊g頂靠在激勵簧片e上，激勵簧片e的自由端經螺釘安裝有質量塊h和被激磁鐵i；銷軸j的兩端分別固定在兩個相互平行的橫梁a3上，銷軸j自下而上依次套有平衡彈簧k、鈍體p和限位彈簧m，鈍體p為中空結構，鈍體p上經螺釘安裝有激勵磁鐵q，被激磁鐵i與激勵磁鐵q的相互作用力為吸引力、與限位磁鐵x間的作用力為排斥力。

本發(fā)明中，壓電振子d安裝前為平直結構、安裝后為彎曲結構且壓電晶片d2承受壓應力，非工作時壓電晶片d2上最大的壓應力為其許用壓應力的50％；頂塊的高度為其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm和h分別為基板d1厚度和壓電振子d總厚度，em和ep分別為基板d1和壓電晶片d2的楊氏模量，k31和分別為壓電陶瓷材料的機電耦合系數(shù)和許用壓應力，l為壓電振子d的長度。

非工作狀態(tài)下，激勵簧片e不發(fā)生彎曲變形，激勵簧片e兩側對稱安裝的壓電振子d的變形和受力狀態(tài)分別相同。工作狀態(tài)下，即有流體從右到左流過鈍體p時，鈍體p會受到流體施加的上下交變的作用力，從而使鈍體p上下往復擺動，再經激勵磁鐵q與被激磁鐵i之間的相互吸引力帶動激勵簧片e往復擺動；激勵簧片e再經頂塊g迫使壓電振子d產生單向彎曲變形；當激勵簧片e一側的壓電振子d彎曲變形量及壓電晶片d2所受的壓應力逐漸增加時，另一側壓電振子d的變形量及壓電晶片d2所受的壓應力逐漸減?。粔弘娋琩2所受壓應力的交替增加與減小過程中即將機械能轉變成電能，所生成的電能經轉換處理后用于監(jiān)測系統(tǒng)；被激磁鐵i與某一個限位磁鐵x相接觸時，壓電晶片d2所受的壓應力不大于其許用壓應力。

本發(fā)明中，壓電振子d與頂塊g構成一個彈簧質量系統(tǒng)，激勵簧片e與被激磁鐵i及質量塊h構成一個彈簧質量系統(tǒng)，激勵磁鐵q與鈍體p、平衡彈簧k及限位彈簧m構成一個彈簧質量系統(tǒng)，故俘能器總體為三自由度系統(tǒng)。