專利名稱：橋梁振動(dòng)智能供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種利用橋梁振動(dòng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè) 部件智能供電的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
橋梁是國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，在橋梁建設(shè)高速發(fā)展的同時(shí)，橋梁安全問題也 越來越受到人們重視。隨著服役期的持續(xù)，橋梁結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)劣化，而日益增長(zhǎng)的交通量和 超載等可能會(huì)超過原來的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而降低橋梁的可靠性，甚至?xí)箻蛄撼霈F(xiàn)安全問題， 釀成災(zāi)難性的事故。而建造和維護(hù)大型橋梁需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，滯后于橋梁 建設(shè)與發(fā)展的綜合監(jiān)測(cè)及評(píng)估手段使橋梁管理層和決策層無法對(duì)其整體使用性能做出客 觀準(zhǔn)確的評(píng)估，因此也無法采用低成本高效益的維修養(yǎng)護(hù)方法。在這種形勢(shì)下，建立與之適 應(yīng)相匹配的橋梁綜合監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)成為橋梁界研究的熱點(diǎn)之一，具有極為重要的意義。橋梁健康監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是通過大量的監(jiān)測(cè)元件(主要是傳感器，例如裂紋、應(yīng) 變等的監(jiān)測(cè))來實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)目的?，F(xiàn)今，橋梁健康監(jiān)測(cè)各器件愈加小型化，低功耗化，拉入市電 需要浪費(fèi)人力、物力和財(cái)力，并且，不合理的布線方式還影響數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)度。當(dāng)車輛行駛于橋面時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生大幅度的振動(dòng)，因此可以考慮設(shè)計(jì)出一種 能夠利用振動(dòng)壓力進(jìn)行發(fā)電的裝置，以期達(dá)到節(jié)能省電，同時(shí)保證電能供給的目的。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種橋梁振動(dòng)智能供電系統(tǒng)，利用橋梁振動(dòng) 時(shí)產(chǎn)生的壓力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能來供給橋梁監(jiān)測(cè)部件使用，以達(dá)到節(jié)能省電、滿足 電能不間斷供給的目的，同時(shí)可以作為現(xiàn)有供電方式的有益補(bǔ)充。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該橋梁振動(dòng)智能供電系統(tǒng)包括能量轉(zhuǎn)換裝置、電能存儲(chǔ)裝置和電源管理裝置；所述能量轉(zhuǎn)換裝置包括振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)、連桿、曲柄和發(fā)電機(jī)，所述振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)與 橋梁的底面以可拆卸方式相連接，所述連桿的一端與振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)相連接，所述連桿的另 一端與曲柄相連接，所述振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)將橋梁振動(dòng)壓力傳遞至連桿，又通過連桿傳遞至曲 柄，所述曲柄與發(fā)電機(jī)的輸入軸相連接，通過驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的輸入軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電力；所述電能存儲(chǔ)裝置包括整流電路、轉(zhuǎn)換/處理電路I、轉(zhuǎn)換/處理電路II、超級(jí)電 容和蓄電池，所述發(fā)電機(jī)的電力輸出端通過整流電路處理后，輸入由超級(jí)電容和蓄電池并 聯(lián)組成的充/放電模塊，所述充/放電模塊的電源輸出端通過轉(zhuǎn)換/處理電路II連接至電 源管理裝置；所述電源管理裝置包括電能管理控制器和電源通道，所述電能管理控制器的電源 輸入端與能量管理裝置的電源輸出端相連，且通過多個(gè)電源通道與橋梁監(jiān)測(cè)器件相連接。進(jìn)一步，所述振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)包括支架，所述支架的上端與橋梁的底面相連接，所述 支架的上部橫向設(shè)置有彈性系數(shù)較高的懸臂梁，所述懸臂梁的懸空的一端作為接觸端，所述接觸端的上端面設(shè)置有用于與橋梁底面相接觸的質(zhì)量塊，所述接觸段的下端面與連桿相 連接；作為振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)的另一種結(jié)構(gòu)，所述振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)包括沿軸向伸縮的彈簧，所 述彈簧的一端與橋梁底面相連接，所述彈簧另一端吊設(shè)有質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊的下端面與 連桿相連接；進(jìn)一步，所述壓力傳遞機(jī)構(gòu)通過軸承I與連桿相連接，所述連桿過軸承II與曲柄 相連接；進(jìn)一步，所述電能管理控制器存儲(chǔ)橋梁監(jiān)測(cè)器件ID標(biāo)識(shí)，當(dāng)檢測(cè)到某一橋梁監(jiān)測(cè) 器件需要供電時(shí)，所述電能管理控制器將打開相應(yīng)電源通道為器件實(shí)時(shí)按需供電。本實(shí)用新型的有益效果是1.本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，充分利用了車輛在通過橋面時(shí)，橋梁產(chǎn)生的振動(dòng) 壓力，巧妙地將振動(dòng)壓力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的動(dòng)力，產(chǎn)生的電能通過電能存儲(chǔ)裝置進(jìn) 行存儲(chǔ)后，通過電源管理裝置輸出至各監(jiān)測(cè)部件中，從而達(dá)到了節(jié)能省電的目的，綠色環(huán) 保；2.本實(shí)用新型的系統(tǒng)可以單獨(dú)使用，也可以作為現(xiàn)有供電方式的補(bǔ)充，保證在外 部電源中斷的情況下，通過自動(dòng)切換裝置接駁到本系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)部件的不間斷持續(xù)運(yùn) 行；3.本實(shí)用新型的系統(tǒng)通過電源管理裝置實(shí)現(xiàn)智能管理，只有在需要時(shí)才供電給待 測(cè)區(qū)域的傳感器，而在其他時(shí)候，傳感器都處于閑置狀態(tài)，從而大大減輕傳感器的負(fù)荷，降 低系統(tǒng)消耗，同時(shí)延長(zhǎng)傳感器壽命。本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡 述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或 者可以從本實(shí)用新型的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本實(shí)用新型的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說 明書和權(quán)利要求書來實(shí)現(xiàn)和獲得。

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用 新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中圖1為實(shí)施例一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接示意圖；圖2為實(shí)施例二的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí) 施例僅為了說明本實(shí)用新型，而不是為了限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。實(shí)施例一如圖1所示，本實(shí)用新型的橋梁振動(dòng)智能供電系統(tǒng)，包括能量轉(zhuǎn)換裝置、電能存儲(chǔ) 裝置和電源管理裝置；能量轉(zhuǎn)換裝置包括壓力傳遞機(jī)構(gòu)、連桿1、曲柄2和發(fā)電機(jī)3，所述振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)與 橋梁的底面以可拆卸方式相連接，連桿1的一端與振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)相連接，所述連桿1的另一端與曲柄2相連接，振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)將橋梁振動(dòng)壓力傳遞至連桿1，又通過連桿傳遞至曲柄2， 所述曲柄2與發(fā)電機(jī)3的輸入軸相連接，當(dāng)輸入軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部的線圈旋轉(zhuǎn)，切 割永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)，產(chǎn)生電力；電能存儲(chǔ)裝置包括整流電路4、轉(zhuǎn)換/處理電路I 6、轉(zhuǎn)換/處理電路II 7、超級(jí)電 容8和蓄電池9，所述發(fā)電機(jī)的電力輸出端通過整流電路4處理后，輸入由超級(jí)電容8和蓄 電池9并聯(lián)組成的充/放電模塊17，充/放電模塊17的電源輸出端通過轉(zhuǎn)換/處理電路 II 7連接至電源管理裝置；電源管理裝置包括電能管理控制器10和電源通道11，所述電能管理控制器10的 電源輸入端與能量管理裝置的電源輸出端相連，且通過多個(gè)電源通道11與各橋梁監(jiān)測(cè)器 件相連接。電源管理裝置可以實(shí)現(xiàn)智能管理，只有在需要時(shí)才供電給待測(cè)區(qū)域的傳感器，而 在其他時(shí)候，傳感器都處于閑置狀態(tài)，從而大大減輕傳感器的負(fù)荷，降低系統(tǒng)消耗，同時(shí)延 長(zhǎng)傳感器壽命。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)包括支架12，所述支架12的上端與橋梁的底面 相連接，所述支架12的上部橫向設(shè)置有彈性系數(shù)較高的懸臂梁13，所述懸臂梁13的懸空的 一端作為接觸端，所述接觸端的上端面設(shè)置有用于與橋梁底面相接觸的質(zhì)量塊15，所述接 觸段的下端面與連桿1相連接。振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)通過軸承I 15與連桿1相連接，連桿1通過 軸承II 16與曲柄2相連接。當(dāng)車輛經(jīng)過橋梁發(fā)生振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊向下方移動(dòng)，從而帶動(dòng)連桿與曲軸之間的互 動(dòng)，使發(fā)電機(jī)輸入軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，為了保護(hù)整套系統(tǒng)，還可以將前面所述的系統(tǒng)所有部件都放 置在一個(gè)保護(hù)箱體里面，該保護(hù)箱體可以采用錨固的方式或者螺栓固定的方式與橋梁相連接。實(shí)施例二本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)包括若采用彈簧14，所述彈 簧14的一端與橋梁底面相連接，彈簧14另一端吊設(shè)有質(zhì)量塊15，質(zhì)量塊15的下端面與連 桿1相連接。當(dāng)車輛經(jīng)過橋梁發(fā)生振動(dòng)時(shí)，彈簧發(fā)生沿軸向的上下伸縮運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)質(zhì)量塊的移 動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)連桿與曲軸之間的互動(dòng)，使發(fā)電機(jī)輸入軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能。相比較而言，實(shí)施例一中的懸臂梁所承受應(yīng)力載荷較多，抗疲勞性較強(qiáng)；而實(shí)施例 二中的彈簧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能單純，易于安裝，重量更輕。二者均需要采用彈性系數(shù)較高的材 料，還可以做成陣列結(jié)構(gòu)以滿足大范圍、大區(qū)域的需要。當(dāng)然，該振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)也可以采用其他方式，如果要求不高，可以直接設(shè)計(jì)成與橋 梁底面以可拆卸方式連接的構(gòu)件。本實(shí)用新型在使用時(shí)，需要進(jìn)行以下步驟1)在橋梁上設(shè)置一連接于橋梁底面的振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)，振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)通過一連桿與 曲柄相連接的機(jī)構(gòu)將橋梁振動(dòng)壓力傳遞至發(fā)電機(jī)的輸入軸，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的輸入軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn) 生電力；2)將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力通過電能存儲(chǔ)裝置儲(chǔ)存；本實(shí)施例中，電能存儲(chǔ)裝置包括 包括整流電路、轉(zhuǎn)換/處理電路I、轉(zhuǎn)換/處理電路II、超級(jí)電容和蓄電池，所述發(fā)電機(jī)的電力輸出端通過整流電路處理后，輸入由超級(jí)電容和蓄電池并聯(lián)組成的充/放電模塊，所述 充/放電模塊的電源輸出端通過轉(zhuǎn)換/處理電路II連接至電源管理裝置；3)電能存儲(chǔ)裝置與一電源管理裝置相連接，通過電源管理裝置向橋梁上的各監(jiān)測(cè) 部件供電，本實(shí)施例中，所述電源管理裝置包括電能管理控制器和電源通道，所述電能管理 控制器的電源輸入端與能量管理裝置的電源輸出端相連，且通過多個(gè)電源通道與橋梁監(jiān)測(cè) 器件相連接。所述電能管理控制器自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)存儲(chǔ)電能的大小，在滿載情況下，關(guān)閉充電 開關(guān)，從而保證充/放電模塊壽命，否則打開充電開關(guān)，以采集電能。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，為了滿足智能供電的需要，電能管理控制器存儲(chǔ)有橋梁監(jiān)測(cè) 器件ID標(biāo)識(shí)，當(dāng)檢測(cè)到某一橋梁監(jiān)測(cè)器件需要供電時(shí)，所述電能管理控制器將打開相應(yīng)電 源通道為器件實(shí)時(shí)按需供電。如果此時(shí)電能不足，電能管理控制器發(fā)出報(bào)警聲，要求充/放電模塊進(jìn)行充電， 請(qǐng)求電量的器件在一定時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行等待，否則自動(dòng)退出本次請(qǐng)求。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本 實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng) 涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.橋梁振動(dòng)智能供電系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括能量轉(zhuǎn)換裝置、電能存儲(chǔ)裝置 和電源管理裝置；所述能量轉(zhuǎn)換裝置包括振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)、連桿(1)、曲柄(2)和發(fā)電機(jī)(3)，所述振動(dòng)傳遞 機(jī)構(gòu)與橋梁的底面以可拆卸方式相連接，所述連桿(1)的一端與振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)相連接，所述 連桿(1)的另一端與曲柄(2)相連接，所述振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)將橋梁振動(dòng)壓力傳遞至連桿(1 )， 又通過連桿傳遞至曲柄(2)，所述曲柄(2)與發(fā)電機(jī)(3)的輸入軸相連接，通過驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī) (3)的輸入軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電力；所述電能存儲(chǔ)裝置包括整流電路(4)、轉(zhuǎn)換/處理電路I (6)、轉(zhuǎn)換/處理電路II (7)、 超級(jí)電容(8)和蓄電池(9)，所述發(fā)電機(jī)的電力輸出端通過整流電路(4)處理后，輸入由超 級(jí)電容(8)和蓄電池(9)并聯(lián)組成的充/放電模塊，所述充/放電模塊的電源輸出端通過轉(zhuǎn) 換/處理電路II (7)連接至電源管理裝置；所述電源管理裝置包括電能管理控制器(10)和電源通道(11)，所述電能管理控制器 (10)的電源輸入端與能量管理裝置的電源輸出端相連，且通過多個(gè)電源通道(11)與各橋梁 監(jiān)測(cè)器件相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁振動(dòng)智能供電系統(tǒng)，其特征在于所述振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)包 括支架(12)，所述支架(12)的上端與橋梁的底面相連接，所述支架(12)的上部橫向設(shè)置 有彈性系數(shù)較高的懸臂梁(13)，所述懸臂梁(13)的懸空的一端作為接觸端，所述接觸端的 上端面設(shè)置有用于與橋梁底面相接觸的質(zhì)量塊(15)，所述接觸段的下端面與連桿(1)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁振動(dòng)智能供電系統(tǒng)，其特征在于所述振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)包 括沿軸向伸縮的彈簧(14)，所述彈簧(14)的一端與橋梁底面相連接，所述彈簧(14)另一端 吊設(shè)有質(zhì)量塊(15)，所述質(zhì)量塊(15)的下端面與連桿(1)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁振動(dòng)智能供電系統(tǒng)，其特征在于所述壓力傳遞機(jī)構(gòu)通 過軸承I (16)與連桿(1)相連接，所述連桿(1)通過軸承II (17)與曲柄(2)相連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種橋梁振動(dòng)智能供電系統(tǒng)，包括能量轉(zhuǎn)換裝置、電能存儲(chǔ)裝置和電源管理裝置；所述能量轉(zhuǎn)換裝置包括振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)、連桿、曲柄和發(fā)電機(jī)，振動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)將橋梁振動(dòng)壓力傳遞至連桿，又通過連桿傳遞至曲柄，所述曲柄與發(fā)電機(jī)的輸入軸相連接，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的輸入軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電力；電能存儲(chǔ)裝置包括整流電路、轉(zhuǎn)換/處理電路I、轉(zhuǎn)換/處理電路II、超級(jí)電容和蓄電池，所述電源管理裝置包括電能管理控制器和電源通道，電能管理控制器的電源輸入端與能量管理裝置的電源輸出端相連，且通過多個(gè)電源通道與各橋梁監(jiān)測(cè)器件相連接。本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，充分利用了車輛在通過橋面時(shí)，橋梁產(chǎn)生的振動(dòng)壓力，達(dá)到了節(jié)能省電、保證監(jiān)測(cè)部件不間斷運(yùn)行的目的。
文檔編號(hào)H02J7/32GK201918785SQ201120016638
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者唐練, 張奔牛 申請(qǐng)人:重慶交通大學(xué)