本發(fā)明涉及到一種能量收集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

沿海和海島觀測站觀測到的數(shù)據(jù)只能反映近海和臨島海域的情況，無法為遠(yuǎn)洋航行提供海況信息，設(shè)立海洋浮標(biāo)即可解決上述問題。海洋浮標(biāo)是一種現(xiàn)代化的海洋觀測設(shè)備，用于收集海洋環(huán)境資料和進(jìn)行海洋環(huán)境監(jiān)測，它被固定在指定的海域，隨波起伏，可在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行全天候的工作，每日定時測量多種水文氣象要素，為軍事、航海、漁業(yè)、以及海洋開發(fā)服務(wù)。海洋浮標(biāo)大多數(shù)采用原電池供能，原電池的壽命有限，需要定期更換。海洋浮標(biāo)遠(yuǎn)離陸地，更換電池極為不便，要消耗大量的人力物力。為了解決海洋浮標(biāo)的供能缺陷，一種方法是利用太陽能，如專利（申請?zhí)枺?01110278032.4）提出了一種采用太陽能蓄電池裝置，整個裝置包括太陽蓄電池、用電元件、電壓調(diào)整裝置、控制裝置和蓄電裝置。這種設(shè)計是為了充分利用太陽能，結(jié)構(gòu)往往比較龐大，對天氣的依賴程度較大，工作效率受陰雨天等環(huán)境限制，此外太陽能蓄電裝置制造成本較高，不適合推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了彌補(bǔ)已有浮標(biāo)供能技術(shù)的不足，提供一種不受天氣條件限制的水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)，能量拾取裝置根據(jù)仿生設(shè)計為水母狀結(jié)構(gòu)，從而最大限度拾取水振動中蘊(yùn)含的能量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)，其特征在于：包括有至少一個能量拾取裝置、能量收集電路和能量存儲裝置，所述能量拾取裝置包括彈性壓電元件、上導(dǎo)電環(huán)、下導(dǎo)電環(huán)、細(xì)管和導(dǎo)流槽，上導(dǎo)電環(huán)、下導(dǎo)電環(huán)分別設(shè)置于彈性壓電元件的上端和下端，細(xì)管貫穿上導(dǎo)電環(huán)、彈性壓電元件、下導(dǎo)電環(huán)的中部，能量收集電路和能量存儲裝置設(shè)置在沉盒中，所述各個能量拾取裝置通過細(xì)管依次串聯(lián)，細(xì)管的下端深入沉盒內(nèi)部；所述彈性壓電元件為三明治結(jié)構(gòu)，從上到下依次為上金屬薄膜、柔性壓電薄膜和下金屬薄膜；所述上導(dǎo)電環(huán)與下導(dǎo)電環(huán)均為圓柱環(huán)結(jié)構(gòu)，彈性壓電元件呈倒置的碗形，碗形的彈性壓電元件的碗底面內(nèi)接所述上導(dǎo)電環(huán)，所述碗形的彈性壓電元件的碗口面外接所述下導(dǎo)電環(huán)，上導(dǎo)電環(huán)的外側(cè)與上金屬薄膜相接觸，下導(dǎo)電環(huán)的內(nèi)側(cè)與下金屬薄膜相接觸，上導(dǎo)電環(huán)的內(nèi)側(cè)和下導(dǎo)電環(huán)外側(cè)固接導(dǎo)線；所述上導(dǎo)電環(huán)的內(nèi)側(cè)固接所述導(dǎo)流槽，所述導(dǎo)流槽為圓柱狀結(jié)構(gòu)，其上端面與下端面均勻分布若干數(shù)量的通孔作為水流進(jìn)出的通道，其側(cè)面沿著直徑方向設(shè)有通孔作為所述導(dǎo)線的通道；所述導(dǎo)流槽內(nèi)側(cè)固接所述細(xì)管上端，所述細(xì)管為薄壁空心圓柱體，所述細(xì)管上端外側(cè)設(shè)有沿著直徑方向的通孔作為所述導(dǎo)線的通道，所述細(xì)管上表面閉合，下表面中心鉆有通孔，所述沉盒上表面有圓孔，細(xì)管下端通過所述沉盒上表面的圓孔伸入所述沉盒內(nèi)部，所述導(dǎo)線分別從所述上導(dǎo)電環(huán)的內(nèi)側(cè)和所述下導(dǎo)電環(huán)的外側(cè)引出，通過所述導(dǎo)流槽外側(cè)通孔和所述細(xì)管上端外側(cè)通孔進(jìn)入所述細(xì)管內(nèi)部，并從所述細(xì)管下表面通孔伸入所述沉盒內(nèi)部，連接所述能量收集電路的輸入端，所述能量收集電路的輸出端連接所述能量存儲裝置的輸入端。

所述的一種水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)，其特征在于：所述彈性壓電元件、上導(dǎo)電環(huán)和下導(dǎo)電環(huán)外表面附有一層彈性聚合物；所述導(dǎo)流槽外側(cè)通孔、細(xì)管上端外側(cè)通孔和所述沉盒上表面圓孔處附有一層彈性聚合物。

所述的一種水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)，其特征在于：所述彈性壓電元件中的上金屬薄膜和下金屬薄膜采用鋁、銅或銀中的一種材料制造而成。

所述的一種水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)，其特征在于：所述柔性壓電薄膜采用聚偏氟乙烯。

所述的一種水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)，其特征在于：所述上導(dǎo)電環(huán)和下導(dǎo)電環(huán)選用鐵或銅中的一種材料制作而成。

所述的一種水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)，其特征在于：所述能量收集電路采用超低電壓輸入升壓電路，實(shí)現(xiàn)所需電壓值的輸出，采用電荷放大器使能量采集裝置具有傳感功能，所述電荷放大器應(yīng)具有高輸入阻抗，高靈敏度的特性。

所述的一種水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)，其特征在于：所述能量存儲裝置采用可充蓄電池。

當(dāng)水流沖擊所述能量拾取裝置，能量拾取裝置中的彈性壓電元件直接感受水的振動，隨著水流來回收縮與膨脹，并將水流中蘊(yùn)含的能量轉(zhuǎn)化為以電荷形式存在的電能；彈性壓電元件表面的電荷通過導(dǎo)線輸入到所述能量收集電路轉(zhuǎn)換為直流電能并儲存在所述能量存儲裝置中，能量存儲裝置為浮標(biāo)等用電裝置穩(wěn)定供能。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1.本發(fā)明放置在水下，收集水流中蘊(yùn)含的能量，不受太陽光強(qiáng)等壞境因素影響，在任何天氣都可高效率的采集能量為用電裝置供能。

2.本發(fā)明不需要定期更換蓄電池，節(jié)省人力成本。

3.本發(fā)明可減少廢舊電池污染，是環(huán)境友好型能量收集裝置。

4.本發(fā)明所述的能量拾取裝置仿生設(shè)計為水母狀結(jié)構(gòu)可最大限度的拾取水流中蘊(yùn)含的能量，能量轉(zhuǎn)化效率高。

5.本發(fā)明設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，可為海洋浮標(biāo)供能并彌補(bǔ)已有海洋浮標(biāo)供能技術(shù)的不足。

6.本發(fā)明可作為傳感裝置，具有測量功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)中能量拾取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)中能量拾取裝置的多串的“水母狀結(jié)構(gòu)”示意圖。

圖3為本發(fā)明水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)中能量拾取裝置中導(dǎo)流槽的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)中上導(dǎo)電環(huán)，下導(dǎo)電環(huán)與彈性壓電元件的連接局部放大示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

1為導(dǎo)流槽；2為上導(dǎo)電環(huán)；3為彈性壓電元件；4為細(xì)管；5為下導(dǎo)電環(huán)；6為沉盒；7為上金屬薄膜；8為柔性壓電薄膜；9為下金屬薄膜。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例一：

一種水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)，包括能量拾取裝置、能量收集電路和能量存儲裝置，水流中蘊(yùn)含的能量通過此系統(tǒng)收集并轉(zhuǎn)化為直流電能，可為浮標(biāo)等用電裝置供能。能量收集電路采用超低電壓輸入升壓電路，能量存儲裝置采用可充蓄電池。能量拾取裝置根據(jù)仿生設(shè)計為水母狀結(jié)構(gòu)，從而最大限度拾取水振動中蘊(yùn)含的能量。如圖1所示，所述能量拾取裝置，包括彈性壓電元件3；上導(dǎo)電環(huán)2；下導(dǎo)電環(huán)5；細(xì)管4；導(dǎo)流槽1和沉盒6。所述的彈性壓電元件3為三明治結(jié)構(gòu)，從上到下依次為上金屬薄膜7；柔性壓電薄膜8和下金屬薄膜9。所述上金屬薄膜7和所述下金屬薄膜9采用鋁、銅和銀中的一種材料制造，所述的柔性壓電薄膜8采用聚偏氟乙烯（PVDF）。所述的上導(dǎo)電環(huán)2與所述的下導(dǎo)電環(huán)5為圓柱環(huán)結(jié)構(gòu)，所述上導(dǎo)電環(huán)2與所述下導(dǎo)電環(huán)5選用鐵或銅中的一種材料制作。所述的彈性壓電元件3呈倒置的碗形，碗底面內(nèi)接所述上導(dǎo)電環(huán)2，碗口面外接所述下導(dǎo)電環(huán)5。所述的上導(dǎo)電環(huán)2的外側(cè)與所述上金屬薄膜7相接觸，所述的下導(dǎo)電環(huán)5的內(nèi)側(cè)與所述下金屬薄膜9相接觸，所述上導(dǎo)電環(huán)2的內(nèi)側(cè)和所述下導(dǎo)電環(huán)5外側(cè)固接導(dǎo)線。所述導(dǎo)流槽1為圓柱環(huán)結(jié)構(gòu)，其上端面與下端面均勻分布若干數(shù)量的通孔作為水流進(jìn)出的通道，其側(cè)面沿著直徑方向設(shè)有通孔作為所述導(dǎo)線的通道，所述上導(dǎo)電環(huán)2的內(nèi)側(cè)固接所述導(dǎo)流槽1。所述細(xì)管4為薄壁空心圓柱體，所述細(xì)管4上端外側(cè)設(shè)有沿著直徑方向的通孔作為所述導(dǎo)線的通道。所述細(xì)管4上表面閉合，下表面中心鉆有通孔。所述沉盒6可選用石材制作，其內(nèi)部設(shè)有所述能量收集電路和所述能量存儲裝置，所述沉盒6上表面有圓孔。所述細(xì)管4下端通過所述沉盒6上表面圓孔伸入所述沉盒6內(nèi)部，所述導(dǎo)流槽1內(nèi)側(cè)固接所述細(xì)管4上端。所述導(dǎo)線分別從所述上導(dǎo)電環(huán)2的內(nèi)側(cè)和所述下導(dǎo)電環(huán)5的外側(cè)引出，通過所述導(dǎo)流槽1外側(cè)通孔和所述細(xì)管4上端外側(cè)通孔進(jìn)入所述細(xì)管4內(nèi)部，并從所述細(xì)管4下表面通孔伸入所述沉盒6內(nèi)部，連接所述能量收集電路的輸入端，所述能量收集電路的輸出端連接所述能量存儲裝置的輸入端。所述的彈性壓電元件3，所述的上導(dǎo)電環(huán)2和所述的下導(dǎo)電環(huán)5外表面附有一層彈性聚合物。所述導(dǎo)流槽1外側(cè)通孔，所述細(xì)管4上端外側(cè)通孔和所述沉盒6上表面圓孔處附有所述彈性聚合物。所述彈性聚合物具有防水作用，采用尼龍或橡膠制造。

實(shí)施例二：由于浮標(biāo)等用電裝置所需供給的電量較大，為了滿足浮標(biāo)等用電設(shè)備的能量供應(yīng)，在本實(shí)施例中能量拾取裝置采用多串“水母狀結(jié)構(gòu)”。本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是, 在本實(shí)施例中的所述能量拾取裝置采用多串所述“水母狀結(jié)構(gòu)”，圖2中的虛線表示省略的若干所述“水母狀結(jié)構(gòu)”。圖2是按照本發(fā)明水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)中能量拾取裝置采用多串所述“水母狀結(jié)構(gòu)”的示意圖，所述能量拾取裝置包括多片所述彈性壓電元件3，多個所述的上導(dǎo)電環(huán)2，多個所述的下導(dǎo)電環(huán)5，多個所述的導(dǎo)流槽1，所述細(xì)管4和所述沉盒6。按照本發(fā)明水母狀浮標(biāo)能量收集系統(tǒng)中所述能量拾取裝置的結(jié)構(gòu)主要為若干所述“水母狀結(jié)構(gòu)”。每個所述“水母狀結(jié)構(gòu)”包括所述彈性壓電元件3；所述上導(dǎo)電環(huán)2；所述下導(dǎo)電環(huán)5和所述導(dǎo)流槽1。每個所述的“水母狀結(jié)構(gòu)”通過所述的上導(dǎo)電環(huán)2和所述的下導(dǎo)電環(huán)5輸出兩束導(dǎo)線。每個所述的“水母狀結(jié)構(gòu)”通過所述細(xì)管4從上到下串聯(lián)在一起形成所述多串所述“水母狀結(jié)構(gòu)”。所述細(xì)管4的下端伸入所述沉盒6內(nèi)部，所述沉盒6內(nèi)部設(shè)有所述能量收集電路和所述能量存儲裝置。多片所述的彈性壓電元件3，多個所述的上導(dǎo)電環(huán)2和多個所述的下導(dǎo)電環(huán)5外表面附有一層彈性聚合物。多個所述導(dǎo)流槽1外側(cè)通孔，所述細(xì)管4外側(cè)多個通孔和所述沉盒6上表面圓孔處附有所述彈性聚合物。所述彈性聚合物具有防水作用，采用尼龍或橡膠制造。

當(dāng)水流沖擊所述能量拾取裝置，所述能量拾取裝置隨著水流振動，所述能量拾取裝置中的多片所述彈性壓電元件3直接感受水的振動并來回收縮與膨脹，多片所述彈性壓電元件3將水流中蘊(yùn)含的能量轉(zhuǎn)化為以電荷形式存在的電能并通過導(dǎo)線輸入到所述能量收集電路轉(zhuǎn)換為直流電能并儲存在所述能量存儲裝置中，所述能量存儲裝置為浮標(biāo)等用電裝置穩(wěn)定供能。所述的能量收集電路采用超低電壓輸入升壓電路，實(shí)現(xiàn)所需電壓值的輸出。所述的能量存儲裝置采用可充蓄電池。

實(shí)施例三：若在實(shí)施例一或?qū)嵤├械乃瞿芰渴占娐分屑尤胄滦碗姾煞糯笃?，所述水母狀浮?biāo)能量收集系統(tǒng)可作為傳感裝置，具有測量功能。在本實(shí)施方式中，所述新型電荷放大器是指結(jié)合所述彈性壓電元件3本身的特點(diǎn)，專門設(shè)計的具有高輸入阻抗，高靈敏度的電荷放大器，其輸入阻抗可以達(dá)到10^12歐量級，電荷電壓轉(zhuǎn)換部分采用的是CBB電容，確保其工作狀態(tài)可靠，并且處理電路中還采用了兩階有源濾波的低通濾波器。實(shí)驗表明，所述新型電荷放大器的下限頻率可達(dá)到0.06Hz,其增益通過可變電阻器進(jìn)行調(diào)整，可根據(jù)實(shí)驗或者經(jīng)驗讓增益調(diào)整到最佳狀態(tài)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。