本发明涉及风力发电、环境能源开发领域，尤其涉及一种基于混合式能量收集的桥梁自供电位移-加速度感知系统。
背景技术：
1、桥梁作为交通网络中至关重要的连接点，承载着连接不同地区、促进人员和货物流通的重要任务。其耐久性和安全性直接影响着人们的生命财产安全以及经济社会活动的顺畅开展。然而，随着时间的推移，桥梁可能因持续使用、环境侵蚀以及过载等因素而出现结构损伤和疲劳现象，进而增加了发生故障的风险。因此，对桥梁进行持续的监测和健康评估显得尤为关键。
2、在桥梁健康监测系统中，位移传感器和加速度传感器起着至关重要的作用。这些传感器能够实时监测桥梁结构的位移和加速度情况，包括振动、变形等参数。通过记录和分析这些数据，工程师和技术人员能够及时发现桥梁结构的变化，识别潜在的问题。位移传感器和加速度传感器的使用可以帮助确定桥梁的承载状态，监测潜在的结构破坏迹象，提前预警可能的安全风险。因此，其在桥梁健康监测系统中的重要性不言而喻，它们为确保桥梁安全性提供了关键的实时数据支持，有助于采取及时有效的维护和修复措施，保障桥梁的长期稳定运行，从而保障人们的生命和财产安全。然而，当前广泛采用的位移、加速度传感技术通常依赖电池供电，但安装在桥梁上的电池维护和更换所带来的不便给监测系统带来了诸多挑战。有时，这甚至会导致监测系统在维护期间短暂失效，影响桥梁的监测和安全。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提出一种基于混合式能量收集的桥梁自供电位移-加速度感知系统。
2、具体技术方案如下：
3、一种基于混合式能量收集的桥梁自供电位移-加速度感知系统，包括：混合式能量收集装置、电源管理电路、传感单元、微控单元；所述混合式能量收集装置用于将风能转换为电能，所述电源管理电路用于将混合式能量收集装置产生的交流电转换为直流电压，为传感单元、微控单元供电；所述传感单元包括位移传感器和加速度传感器，所述微控单元用于传输传感单元的数据；所述混合式能量收集器包括：上筒、下筒、底座、滚珠；所述上筒和下筒同轴套设在底座上并能绕中心轴旋转；
4、所述上筒包括：圆锥筒一、轨道一、扇叶一、轨道二、线圈、栅状铜电极、聚酯纤维毛；所述圆锥筒一为底部开口的空心圆锥，扇叶一同轴固连在其锥顶上，扇叶一包括多片沿同一方向扭转的叶片；圆锥筒一的外壁上开设有多条周向首尾环绕的轨道一，扇叶一的每片叶片上均开设有多条轨道二；圆锥筒一的内壁上贴附扇形的栅状铜电极，栅状铜电极周向均匀开设多条间隙一，每间隔一条间隙一，在间隙一中布置聚酯纤维毛；圆锥筒一的筒壁内部周向均匀开设多个线圈槽，每个线圈槽中安装一个线圈，线圈根据位置间隔分为两组，连接时组内线圈串联，经整流桥后，两个线圈绕组并联；
5、所述下筒包括：圆锥筒二、轨道三、扇叶二、轨道四、永磁体、尼龙膜、ptfe膜；所述圆锥筒二为底部开口的空心圆锥，圆锥筒一同轴套设在圆锥筒二外周，圆锥筒二的尺寸与圆锥筒一内空心部分相适配；圆锥筒二的底部中心与扇叶二同轴固连，扇叶二包括多片沿同一方向扭转的叶片，且叶片的扭转方向与扇叶一相反；圆锥筒二的内壁上开设有多条周向首尾环绕的轨道三，扇叶二的每片叶片上开设有多条轨道四；圆锥筒二的外壁上周向均匀贴附多片扇形的尼龙膜和ptfe膜，尼龙膜和ptfe膜数量相同、尺寸相同，两种膜间隔交错贴附，相邻两片膜之间留有间隙二；圆锥筒二的筒壁内部周向均匀开设多个永磁体槽，每个永磁体槽中安装一个永磁体，永磁体根据位置按ns交错排列，永磁体与线圈的个数比为1:1；
6、轨道一、轨道二、轨道三、轨道四内均铺设有栅状铜电极，所述滚珠的表面材料为fep，分别安装在轨道一、轨道二、轨道三、轨道四中，并能在其中滑动和滚动。
7、一种基于混合式能量收集的桥梁自供电位移-加速度感知系统，包括：混合式能量收集装置、电源管理电路、传感单元、微控单元；所述混合式能量收集装置用于将风能转换为电能，所述电源管理电路用于将混合式能量收集装置产生的交流电转换为直流电压，为传感单元、微控单元供电；所述传感单元包括位移传感器和加速度传感器，所述微控单元用于传输传感单元的数据；所述混合式能量收集器包括：上筒、下筒、底座、滚珠；所述上筒和下筒同轴套设在底座上并能绕中心轴旋转；
8、所述上筒包括：纺锤筒一、轨道一、扇叶一、轨道二、线圈、栅状铜电极、聚酯纤维毛；所述纺锤筒一为空心的纺锤体；扇叶一同轴固连在其顶部，扇叶一包括多片沿同一方向扭转的叶片；纺锤筒一的外壁上开设有若干条周向首尾环绕的轨道一，扇叶一的每片叶片上均开设有若干条轨道二；纺锤筒一的内壁上贴附扇形的栅状铜电极，栅状铜电极上周向均匀开设多条间隙一，每间隔一条间隙一，在间隙一中布置聚酯纤维毛；纺锤筒一的筒壁内部周向均匀开设多个线圈槽，每个线圈槽中安装一个线圈，线圈根据位置间隔分为两组，连接时组内线圈串联，经整流桥后，两个线圈绕组并联；
9、所述下筒包括：纺锤筒二、轨道三、扇叶二、轨道四、永磁体、尼龙膜、ptfe膜；所述纺锤筒二为尺寸与纺锤筒二内空心部分相适配的空心纺锤体，纺锤筒一同轴套设在纺锤筒二的外周；扇叶二同轴固连在纺锤筒二的底部，扇叶二包括多片沿同一方向扭转的叶片，且叶片的扭转方向与扇叶一相反；纺锤筒二的内壁上开设有多条周向首尾环绕的轨道三，扇叶二的每片叶片上开设有多条轨道四；纺锤筒二的外壁上周向均匀贴附多片扇形的尼龙膜和ptfe膜，尼龙膜和ptfe膜数量相同、尺寸相同，两种膜间隔交错贴附，相邻两片膜之间留有间隙二；纺锤筒二的筒壁内部周向均匀开设多个永磁体槽，每个永磁体槽中安装一个永磁体，永磁体根据位置按ns交错排列，永磁体与线圈的个数比为1:1；
10、轨道一、轨道二、轨道三、轨道四内均铺设有栅状铜电极，所述滚珠的表面材料为fep，分别安装在轨道一、轨道二、轨道三、轨道四中，并能在其中滑动和滚动。
11、进一步地，所述轨道一、轨道二、轨道三、轨道四均呈波浪型。
12、进一步地，所述扇叶一包括三片叶片，三片叶片汇聚于中心轴，该中心轴套设安装在底座上；所述扇叶二包括三片叶片，三片叶片汇聚于中心轴，该中心轴套设安装在底座上。
13、进一步地，所述扇叶一和扇叶二的每片叶片的桨距角为0°，投影面积角度为60°。
14、进一步地，所述电源管理电路包括：整流滤波电路、储能单元、过压保护单元、稳压单元；
15、所述整流滤波单元包括整流电路和滤波器，整流电路用于将交流电转换成直流电；滤波器用于减少电流中的纹波，产生更接近于理想直流电的输出；
16、所述储能单元用于存储所述整流滤波单元转换得到的直流电；
17、所述过压保护单元用于对电路进行保护，当电压超出设定阈值时，进行泄压；
18、所述稳压单元用于保证电源管理电路的输出电压始终在设定值附近。
19、本发明的有益效果是：
20、(1)本发明系统采用摩擦纳米发电机和电磁发电机技术，摆脱了对电池的依赖，解决了维护和电池更换的难题，从而确保桥梁感知系统的持续稳定运行。
21、(2)本发明系统中，混合式能量收集装置采用同轴套设并能旋转的圆锥筒一、圆锥筒二或纺锤筒一、纺锤筒二，锥形型或纺锤型的设计，不仅能在旋转状态下减少空气阻力，而且可以有效克服雨雪天时混合式能量收集装置的积水问题。
22、(3)本发明系统中，混合式能量收集装置的圆锥筒一外壁、圆锥筒二内壁或纺锤筒一外壁、纺锤筒二内壁上，开设的多条周向首尾相连的轨道，在风速大转速快的情况下，滚珠可以基于惯性和风力不停运动，提高了发电效率。
1.一种基于混合式能量收集的桥梁自供电位移-加速度感知系统，其特征在于，包括：混合式能量收集装置、电源管理电路、传感单元、微控单元；所述混合式能量收集装置用于将风能转换为电能，所述电源管理电路用于将混合式能量收集装置产生的交流电转换为直流电压，为传感单元、微控单元供电；所述传感单元包括位移传感器和加速度传感器，所述微控单元用于传输传感单元的数据；所述混合式能量收集器包括：上筒、下筒、底座、滚珠；所述上筒和下筒同轴套设在底座上并能绕中心轴旋转；
2.一种基于混合式能量收集的桥梁自供电位移-加速度感知系统，其特征在于，包括：混合式能量收集装置、电源管理电路、传感单元、微控单元；所述混合式能量收集装置用于将风能转换为电能，所述电源管理电路用于将混合式能量收集装置产生的交流电转换为直流电压，为传感单元、微控单元供电；所述传感单元包括位移传感器和加速度传感器，所述微控单元用于传输传感单元的数据；所述混合式能量收集器包括：上筒、下筒、底座、滚珠；所述上筒和下筒同轴套设在底座上并能绕中心轴旋转；
3.根据权利要求1或2所述的基于混合式能量收集的桥梁自供电位移-加速度感知系统，其特征在于，所述轨道一、轨道二、轨道三、轨道四均呈波浪型。
4.根据权利要求1或2所述的基于混合式能量收集的桥梁自供电位移-加速度感知系统，其特征在于，所述扇叶一包括三片叶片，三片叶片汇聚于中心轴，该中心轴套设安装在底座上；所述扇叶二包括三片叶片，三片叶片汇聚于中心轴，该中心轴套设安装在底座上。
5.根据权利要求1或2所述的基于混合式能量收集的桥梁自供电位移-加速度感知系统，其特征在于，所述扇叶一和扇叶二的每片叶片的桨距角为0°，投影面积角度为60°。
6.根据权利要求1或2所述的基于混合式能量收集的桥梁自供电位移-加速度感知系统，其特征在于，所述电源管理电路包括：整流滤波电路、储能单元、过压保护单元、稳压单元；
