一种利用河流能与风能的河流生态监测自供电传感装置

本发明公开了一种利用河流能与风能的河流生态监测自供电传感装置，属于生态监测。

背景技术：

1、河流是地球上最重要的水资源之一，人类社会依赖于河流供水、灌溉农田、发电和工业用水。监测河流生态环境的变化不仅能确保水资源的可持续利用，也能预防洪水、泥石流等灾害的发生。而目前针对河流的生态环境的监测过于单一、低效、成本较高，缺乏一种低成本、高效的综合式自供电传感器将物联网iot应用于河流的生态环境监测。

2、teng传感器，由于其具有高效能源收集、优良的灵活性和可塑性、环保可持续、低成本、易集成等优良的特性，能在较为恶劣的情况下使用，在河流传感系统、生态环境监测、自然灾害预警等领域具有广阔的前景。

3、最早发明的teng的工作模式即为垂直接触分离式，初始状态下，两电极为电中性，在外力作用下电极互相接触，而两电极材料对电子的吸引能力不同，电子在两电极间发生转移，从而使上下摩擦层间产生一定的电压，实现机械能到电能的转移。水平滑动式原理与垂直接触分离式teng相同，只是两电极的相对运动形式从垂直于摩擦层变化为平行于摩擦层。单电极式teng与以上两者的区别是，其有一片电极不发生绝对运动，而是固连在地面上，当电极间相对位置发生变化时，固定面会和地面产生电子的交换独立层式正是上述几种teng的延伸，摩擦层与两电极摩擦后携带一定电荷，其在两电极间相对运动时，两电极间会产生周期性的交流电。

4、目前，teng传感器大部分是自供能，并不能从环境中收集足够的能量进行数据传输，对河流的检测一般由卫星或者气象局监测，成本高、效率低且监测数据过于单一。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有的teng传感器大部分是自供能，并不能从环境中收集足够的能量进行数据传输，对河流的检测一般由卫星或者气象局监测，成本高、效率低且监测数据过于单一的问题，提出一种利用河流能与风能的河流生态监测自供电传感装置。

2、本发明所要解决的问题是由以下技术方案实现的：

3、一种利用河流能与风能的河流生态监测自供电传感装置，包括风力发电总成，所述风力发电总成外侧相对滑动设置有水位传感总成，所述风力发电总成底部通过连接架与流速传感总成连接，所述流速传感总成内部设置有电磁发电总成。

4、优选的是，所述风力发电总成包括环形均匀布置在h型圆柱固台中部环台上部的风力发电铜线圈，所述h型圆柱固台的顶部通过固台盖封闭配合，所述固台盖中部通过风力发电深沟球轴承旋转穿设有风勺支撑轴，所述风勺支撑轴在h型圆柱固台内部一端固定有风力发电磁铁支撑盘，所述风力发电磁铁支撑盘内侧环形均匀布置有与风力发电铜线圈相对应的饼状磁铁，所述风勺支撑轴在h型圆柱固台外部一端固定有风勺架，所述风勺架侧面多个连接端分别与风勺连接，所述h型圆柱固台中部环台下部与连接架一端连接。

5、优选的是，所述水位传感总成包括低端固定有泡沫环的升降架，所述升降架内侧均匀布置有至少三个滑块，所述h型圆柱固台外侧设有能沿着至少三个滑块滑动的滑轨，两个相邻所述滑轨之间由上到下等距布置有多个依次长度由大到小宽度相同的水位传感铜片，所述多个水位传感铜片外侧覆设有水位传感弧形尼龙片，所述升降架内侧在两个相邻滑轨之间相对应处设有三角形支架，所述三角形支架内侧设置有弧形水位传感fep薄膜，所述弧形水位传感fep薄膜能通过滑轨沿着滑块滑动时分别能依次与多个水位传感铜片位置相对应移动。

6、优选的是，所述水位传感总成还包括设置在升降架内侧三角形支架顶部的保护套，所述保护套内侧能沿着水位传感弧形尼龙片滑动并通过均匀固定在升降架内侧的定位杆进行限位。

7、优选的是，所述流速传感总成包括顶部固定在连接架另一端的轴承柱，所述轴承柱侧面通过防水轴承旋转设置在外侧均匀布置有个叶片的叶片外壳，所述轴承柱远离连接架一端固定有环形定位台，所述环形定位台外侧均匀布置有多个流速传感铜片，多个所述流速传感铜片外侧均覆设有流速传感弧形尼龙片，所述叶片外壳内侧的多个流速传感铜片相对应位置布置有多个流速传感fep薄膜，多个所述流速传感fep薄膜的切线与叶片外壳内侧的切线垂直，所述环形定位台、多个流速传感弧形尼龙片、多个流速传感fep薄膜和多个流速传感铜片通过转动盘封闭在叶片外壳内。

8、优选的是，所述电磁发电总成包括一端通过电磁发电防水轴承旋转设置在转动盘并通过下端盖进行定位的行星齿轮支撑架，所述行星齿轮支撑架另一端设有行星齿轮支撑架环台，所述行星齿轮支撑架环台上通过支撑轴均匀旋转设置有多个行星轮，多个所述行星轮分别与外侧固定在叶片外壳内侧的内齿圈配合，所述行星齿轮支撑架环台中部的行星齿轮支撑架上与太阳轮阶梯轴一端通过深沟球轴承旋转连接，所述太阳轮阶梯轴中部设有分别与多个所述行星轮配合的太阳齿轮，所述太阳轮阶梯轴上通过支撑轴承旋转套设有电磁发电线圈支撑盘，所述电磁发电线圈支撑盘上均匀环形布置有多个下电磁发电铜线圈，所述环形定位台底部均匀环形布置有多个上电磁发电铜线圈所述太阳轮阶梯轴另一端固定有电磁发电磁铁支撑盘，所述电磁发电磁铁支撑盘上均匀环形嵌设有多个电磁发电磁铁饼。

9、本发明相对于现有而言具有的有益效果：

10、本发明通过合理设计同时收集风能和河流能，填补现在收集单一能量的空缺，提高环境能量的收集效率，其中水位传感总成和流速传感总成用于传感，风力发电总成分别可用于传感和发电，电磁发电总成用于发电，采用行星齿轮系增速下的emg发电装置和双层线圈模式，弥补了低频下teng发电能量不足的缺点，并进一步提高了中高频下整个装置的发电上限；

11、本发明避免采用已有技术常用的成本高品且复杂的纳米技术或表面微观处理技术，采用常见的、价格低廉的工业材料和制造工艺进行制造，且发电效果与已有技术处于同一水平，具有明显的成本优势。

技术特征：

1.一种利用河流能与风能的河流生态监测自供电传感装置，其特征在于，包括风力发电总成(100)，所述风力发电总成(100)外侧相对滑动设置有水位传感总成(200)，所述风力发电总成底部通过连接架(500)与流速传感总成(300)连接，所述流速传感总成(300)内部设置有电磁发电总成(400)。

2.根据权利要求1所述的一种利用河流能与风能的河流生态监测自供电传感装置，其特征在于，所述风力发电总成(100)包括环形均匀布置在h型圆柱固台(108)中部环台上部的风力发电铜线圈(107)，所述h型圆柱固台(108)的顶部通过固台盖(104)封闭配合，所述固台盖(104)中部通过风力发电深沟球轴承(103)旋转穿设有风勺支撑轴(102)，所述风勺支撑轴(102)在h型圆柱固台(108)内部一端固定有风力发电磁铁支撑盘(105)，所述风力发电磁铁支撑盘(105)内侧环形均匀布置有与风力发电铜线圈(107)相对应的饼状磁铁(106)，所述风勺支撑轴(102)在h型圆柱固台(108)外部一端固定有风勺架(109)，所述风勺架(109)侧面多个连接端分别与风勺(101)连接，所述h型圆柱固台(108)中部环台下部与连接架(500)一端连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用河流能与风能的河流生态监测自供电传感装置，其特征在于，所述水位传感总成(200)包括低端固定有泡沫环(207)的升降架(203)，所述升降架(203)内侧均匀布置有至少三个滑块(204)，所述h型圆柱固台(108)外侧设有能沿着至少三个滑块(204)滑动的滑轨(201)，两个相邻所述滑轨(201)之间由上到下等距布置有多个依次长度由大到小宽度相同的水位传感铜片(202)，所述多个水位传感铜片(202)外侧覆设有水位传感弧形尼龙片(205)，所述升降架(203)内侧在两个相邻滑轨(201)之间相对应处设有三角形支架(210)，所述三角形支架(210)内侧设置有弧形水位传感fep薄膜(206)，所述弧形水位传感fep薄膜(206)能通过滑轨(201)沿着滑块(204)滑动时分别能依次与多个水位传感铜片(202)位置相对应移动。

4.根据权利要求3所述的一种利用河流能与风能的河流生态监测自供电传感装置，其特征在于，所述水位传感总成(200)还包括设置在升降架(203)内侧三角形支架(210)顶部的保护套(209)，所述保护套(209)内侧能沿着水位传感弧形尼龙片(205)滑动并通过均匀固定在升降架(203)内侧的定位杆(208)进行限位。

5.根据权利要求4所述的一种利用河流能与风能的河流生态监测自供电传感装置，其特征在于，所述流速传感总成(300)包括顶部固定在连接架(500)另一端的轴承柱(303)，所述轴承柱(303)侧面通过防水轴承(302)旋转设置在外侧均匀布置有个叶片的叶片外壳(307)，所述轴承柱(303)远离连接架(500)一端固定有环形定位台(304)，所述环形定位台(304)外侧均匀布置有多个流速传感铜片(306)，多个所述流速传感铜片(306)外侧均覆设有流速传感弧形尼龙片(301)，所述叶片外壳(307)内侧的多个流速传感铜片(306)相对应位置布置有多个流速传感fep薄膜(305)，多个所述流速传感fep薄膜(305)的切线与叶片外壳(307)内侧的切线垂直，所述环形定位台(304)、多个流速传感弧形尼龙片(301)、多个流速传感fep薄膜(305)和多个流速传感铜片(306)通过转动盘(308)封闭在叶片外壳(307)内。

6.根据权利要求5所述的一种利用河流能与风能的河流生态监测自供电传感装置，其特征在于，所述电磁发电总成(400)包括一端通过电磁发电防水轴承(401)旋转设置在转动盘(308)并通过下端盖(413)进行定位的行星齿轮支撑架(402)，所述行星齿轮支撑架(402)另一端设有行星齿轮支撑架环台，所述行星齿轮支撑架环台上通过支撑轴均匀旋转设置有多个行星轮(411)，多个所述行星轮(411)分别与外侧固定在叶片外壳(307)内侧的内齿圈(412)配合，所述行星齿轮支撑架环台中部的行星齿轮支撑架(402)上与太阳轮阶梯轴(408)一端通过深沟球轴承(410)旋转连接，所述太阳轮阶梯轴(408)中部设有分别与多个所述行星轮(411)配合的太阳齿轮，所述太阳轮阶梯轴(408)上通过支撑轴承(409)旋转套设有电磁发电线圈支撑盘(407)，所述电磁发电线圈支撑盘(407)上均匀环形布置有多个下电磁发电铜线圈(406)，所述环形定位台(304)底部均匀环形布置有多个上电磁发电铜线圈(403)，所述太阳轮阶梯轴(408)另一端固定有电磁发电磁铁支撑盘(405)，所述电磁发电磁铁支撑盘(405)上均匀环形嵌设有多个电磁发电磁铁饼(404)。

技术总结本发明公开了一种利用河流能与风能的河流生态监测自供电传感装置，属于生态监测技术领域，包括风力发电总成，所述风力发电总成外侧相对滑动设置有水位传感总成，所述风力发电总成底部通过连接架与流速传感总成连接，所述流速传感总成内部设置有电磁发电总成。本发明通过合理设计同时收集风能和河流能，填补现在收集单一能量的空缺，提高环境能量的收集效率，其中水位传感总成和流速传感总成用于传感，风力发电总成分别可用于传感和发电，电磁发电总成用于发电，采用行星齿轮系增速下的EMG发电装置和双层线圈模式，弥补了低频下TENG发电能量不足的缺点，并进一步提高了中高频下整个装置的发电上限。技术研发人员：李天宇,黎晨曦,王啸,姚永明,李好发,刘文庆,李明,赵福海,崔建伟受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18