本發(fā)明屬于空壓機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種收集機(jī)械振動能量的空壓機(jī)狀態(tài)檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

空氣壓縮機(jī)是煤礦生產(chǎn)中重要的動力設(shè)備，井下大量的作業(yè)設(shè)備例如風(fēng)鎬和風(fēng)鉆等，均由空壓機(jī)提供動力。同時，礦井壓風(fēng)自救系統(tǒng)是煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)”之一，因此空壓機(jī)能否安全、長期穩(wěn)定的運(yùn)行，對整個煤礦的作業(yè)生產(chǎn)和井下工作人員的生命安全都起著至關(guān)重要的影響。但空壓機(jī)全功率運(yùn)行時耗電量很大，其輸入能源的80％左右經(jīng)由振動發(fā)熱將轉(zhuǎn)化為熱能無效排放掉，會造成大量的經(jīng)濟(jì)消耗。另一方面，在空壓機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，無法實現(xiàn)對故障及時排查和精確定位，也會延誤了最恰當(dāng)維修時機(jī)，影響了空壓機(jī)系統(tǒng)的使用壽命，這就造成了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，收集空壓機(jī)的振動能量并為空壓機(jī)狀態(tài)檢測系統(tǒng)供電是一項可行且具有重要意義的方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種收集機(jī)械振動能量的空壓機(jī)狀態(tài)檢測系統(tǒng)。

一種收集機(jī)械振動能量的空壓機(jī)狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：壓電俘能供電裝置、整流儲能模塊和監(jiān)測傳感模塊；

所述壓電俘能供電裝置，包括：支撐裝置、全方位振子夾具、壓電俘能振子和固有頻率調(diào)節(jié)裝置；

所述整流儲能模塊，包括：橋式整流電路、濾波電容、蓄電池；

所述監(jiān)測傳感模塊，包括：溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、電流傳感器；

所述支撐裝置的下端通過螺紋連接于空氣壓縮機(jī)電機(jī)箱體上方，所述全方位振子夾具通過螺紋連接于支撐裝置的上端，所述壓電俘能振子和固有頻率調(diào)節(jié)裝置均有多個，所述多個壓電俘能振子的一端通過螺紋與全方位振子夾具相連，所述各固有頻率調(diào)節(jié)裝置固定于各壓電俘能振子的另一端；

所述各壓電俘能振子表面引出電極通過導(dǎo)線連接橋式整流電路的一端，所述橋式整流電路的另一端連接濾波電容的一端、電流傳感器的輸入端、蓄電池的輸入端，所述濾波電容并聯(lián)于橋式整流電路與電流傳感器之間，所述電流傳感器的輸出端連接蓄電池的輸入端，所述蓄電池的輸出端連接溫度傳感器的輸入端、壓力傳感器的輸入端和流量傳感器的輸入端，所述溫度傳感器安裝于空氣壓縮機(jī)主機(jī)噴油口下端，所述壓力傳感器安裝于空氣壓縮機(jī)最小壓力閥到排氣端之間的管路上，所述流量傳感器安裝于空氣壓縮機(jī)風(fēng)包出口管道或干燥機(jī)后方。

所述壓電俘能振子包括上層板、下層板和中層基板；所述上層板、下層板和中層基板通過膠合固定；

所述上層板和下層板均為壓電陶瓷材料；所述中層基板為金屬板。

所述金屬板為銅質(zhì)金屬板。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提出一種收集機(jī)械振動能量的空壓機(jī)狀態(tài)檢測系統(tǒng)，本發(fā)明根據(jù)共振原理和壓電俘能原理，以空氣壓縮機(jī)電機(jī)產(chǎn)生的振動為激振源使壓電振子進(jìn)行受迫振動，從而使壓電振子發(fā)電。實現(xiàn)了自供電、無消耗的傳感器供電。當(dāng)空壓機(jī)以額定工作功率工作時，此時振動頻率與壓電振子固有頻率相同，形成共振，使供電裝置輸出電流最大，而在其他功率工作時(超頻或故障)，振動頻率與壓電振子固有頻率不同，壓電振子無法形成共振。從而使供電裝置輸出電流較小。其上電流傳感器通過分辨電流的大小可使外部方便有效的知道此時供電裝置處于何種工作狀態(tài)。本監(jiān)測系統(tǒng)主要優(yōu)點如下：(1)不需要大量的布線，并且易于安裝，節(jié)約了財力和物力；(2)不需要更換電池，提高了空壓機(jī)的監(jiān)測效率；(3)只要設(shè)備工作環(huán)境中機(jī)械振動一直存在，就可以持續(xù)為監(jiān)測系統(tǒng)供能，可以長期適用需要監(jiān)測的空壓機(jī)；(4)減少了因使用化學(xué)電池對環(huán)境造成的污染；(5)結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制作和實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的小型化、集成化，適于應(yīng)用在各類機(jī)械中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實施方式中l(wèi)型空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-皮帶輪，2-曲軸，3-連桿，4-十字頭，5-活塞桿，6-機(jī)身，7-底座，8-活塞，9-氣缸，10-填料箱，11-卸荷器，12-濾風(fēng)器，13-吸氣閥，14-排氣閥，15-中間冷卻器，16-安全閥，17-進(jìn)水管，18-出水管，19-風(fēng)包，20-壓力調(diào)節(jié)器，21-卸荷器組件，22-空氣壓縮機(jī)電機(jī)，23-壓電俘能供電裝置；

圖2為本發(fā)明具體實施方式中收集機(jī)械振動能量的空壓機(jī)狀態(tài)檢測系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，22-空氣壓縮機(jī)電機(jī)，23-壓電俘能供電裝置，28-橋式整流電路，29-濾波電容，30-蓄電池，31-溫度傳感器，32-流量傳感器，33-壓力傳感器，34-電流傳感器；

圖3為本發(fā)明具體實施方式中空氣壓縮機(jī)的壓電俘能供電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，24-支撐裝置，25-全方位振子夾具，27-固有頻率調(diào)節(jié)裝置，28-橋式整流電路，29-濾波電容，30-蓄電池，35-監(jiān)測傳感模塊，36-上層板，37-下層板，38-中層基板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施方式加以詳細(xì)的說明。

本實施方式中，l型空氣壓縮機(jī)如圖1所示。

一種收集機(jī)械振動能量的空壓機(jī)狀態(tài)檢測系統(tǒng)，如圖2所示，包括：壓電俘能供電裝置23、整流儲能模塊和監(jiān)測傳感模塊。

所述壓電俘能供電裝置23，包括：支撐裝置24、全方位振子夾具25、壓電俘能振子26和固有頻率調(diào)節(jié)裝置27。

本實施方式中，支撐裝置24為支撐桿，固有頻率調(diào)節(jié)裝置27為固有頻率調(diào)節(jié)質(zhì)量塊。

所述整流儲能模塊，包括：橋式整流電路28、濾波電容29、蓄電池30。

所述監(jiān)測傳感模塊35，包括：溫度傳感器31、流量傳感器32、壓力傳感器33、電流傳感器34。

本實施方式中，如圖3所示，所述支撐裝置24的下端通過螺紋連接于空氣壓縮機(jī)電機(jī)箱體上方，所述全方位振子夾具25通過螺紋連接于支撐裝置24的上端，所述壓電俘能振子26和固有頻率調(diào)節(jié)裝置27均有4個，所述4個壓電俘能振子26的一端通過螺紋與全方位振子夾具25相連，所述4個固有頻率調(diào)節(jié)質(zhì)量塊膠合固定于對應(yīng)4個壓電俘能振子26的另一端。

本實施方式中，所述各壓電俘能振子26表面引出電極通過導(dǎo)線連接橋式整流電路28的一端，所述橋式整流電路28的另一端連接濾波電容29的一端、電流傳感器34的輸入端、蓄電池30的輸入端，所述濾波電容29并聯(lián)于橋式整流電路28與電流傳感34器之間，所述電流傳感器34的輸出端連接蓄電池30的輸入端，所述蓄電池30的輸出端連接溫度傳感器31的輸入端、壓力傳感器33的輸入端和流量傳感器32的輸入端，所述溫度傳感器31安裝于空氣壓縮機(jī)主機(jī)噴油口下端，所述壓力傳感器33安裝于空氣壓縮機(jī)最小壓力閥到排氣端之間的管路上，所述流量傳感器32安裝于空氣壓縮機(jī)風(fēng)包出口管道或干燥機(jī)后方。

所述壓電俘能振子26包括上層板36、下層板37和中層基板38。所述上層板36、下層板37和中層基板38通過膠合固定。

所述上層板36和下層板37均為壓電陶瓷材料。所述中層基板38為銅質(zhì)金屬板。

上述收集機(jī)械振動能量的空壓機(jī)狀態(tài)檢測系統(tǒng)的工作過程如下所述：

在空氣壓縮機(jī)正常工作狀態(tài)下，空氣壓縮機(jī)主機(jī)產(chǎn)生的振動為激振源使壓電俘能振子26進(jìn)行受迫振動，而壓電俘能振子26固有頻率通過其固有頻率調(diào)節(jié)裝置27的調(diào)節(jié)，已經(jīng)與空氣壓縮機(jī)正常工作時的激勵頻率相接近，也可以調(diào)節(jié)為任意特定工作頻率如超頻、低頻等，從而使壓電俘能振子26形成共振效應(yīng)，使其大幅度振動形變。壓電俘能振子26上的壓電陶瓷材料在形變過程中通過正壓電效應(yīng)不斷將動能轉(zhuǎn)化為電能，由于共振效應(yīng)的存在，此時壓電俘能振子26輸出電能為最大值。為克服壓電陶瓷材料過脆易斷裂的特點、同時提高靈敏度與電能輸出，采用銅質(zhì)金屬基板結(jié)合上下雙層壓電陶瓷材料復(fù)合為壓電俘能振子26。然后由壓電俘能振子26表面接出電極連通導(dǎo)電線路，由于壓電俘能振子26輸出電流為不穩(wěn)定交流電，無法為傳感器穩(wěn)定供電。將導(dǎo)電線路另外一端連接至橋式整流電路28，將交流電整流為直流電后經(jīng)濾波電容29濾波處理，將穩(wěn)定直流電供給各傳感器，其中還將部分轉(zhuǎn)化電能存儲在蓄電池30中以便在空氣壓縮機(jī)電機(jī)故障，不能提供足夠機(jī)械能時，為傳感器供電。此外，本發(fā)明采用多方向并聯(lián)壓電振子布置與雙面壓電陶瓷復(fù)合振子，大大提升了供電模塊的發(fā)電能力。并且當(dāng)受到外界激勵的時候，壓電振子可以利用自身的慣性產(chǎn)生振動持續(xù)，不受到人為參與便能實現(xiàn)機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換，達(dá)到自動化且穩(wěn)定的效果。