[发明专利]一种基于二自由度压电振子的环境振动能量采集装置

权利要求书

1.一种基于二自由度压电振子的环境振动能量采集装置，其特征在于，包括用于将机械能转换成电能的能量转换装置和用于将电能进行调理并存储的功率调理电路；

所述的能量转换装置包括基座和2个悬臂梁结构的压电振子；每一个压电振子均由悬臂梁和质量块组成，悬臂梁的一端固定于基座上，质量块设置于悬臂梁的另一端即自由端；悬臂梁上设有用于将机械能转化为电能的压电层；能量转换装置上还设有用于电能输出的输出端子。

2.根据权利要求1所述的基于二自由度压电振子的环境振动能量采集装置，其特征在于，

悬臂梁还包括1个金属基板层和4个电极层，金属基板层位于中间，压电层上下两面均覆盖有电极层；压电层共有2层，其材料选用聚乙烯氟化物(PVDF)压电薄膜，覆盖有电极层的压电层粘贴在金属基板层上下两面，振动中的压电振子因压电效应产生的电荷由位于悬臂梁固定端的电极层引出的振子输出端导出。

3.根据权利要求1所述的基于二自由度压电振子的环境振动能量采集装置，其特征在于，

两个压电振子的梁厚和质量块重量都不同，两个质量块通过弹簧垂直连接；由于弹簧的连接作用使得固定于同一基座的2个原本独立的单自由度压电振子耦合成一个二自由度振动系统。

4.根据权利要求3所述的基于二自由度压电振子的环境振动能量采集装置，其特征在于，不锈钢材质的悬臂梁的厚度范围：0.1mm-1mm；质量块重范围：5g-80g。

5.根据权利要求2所述的基于二自由度压电振子的环境振动能量采集装置，其特征在于，压电悬臂梁采用梯形板结构，悬臂梁的固定端宽度大于自由端宽度；压电层上的电极层不采用完全覆盖形式，而是按2/3～3/4之间的覆盖比例覆盖在压电层上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于二自由度压电振子的环境振动能量采集装置，其特征在于，功率调理电路包括2个同步电荷转移模块、电荷汇集电容、DC/DC变换模块和储能器件；2个同步电荷转移模块的输出端均接电荷汇集电容的输入端；电荷汇集电容经DC/DC变换模块与储能器件相连。

7.根据权利要求6所述的基于二自由度压电振子的环境振动能量采集装置，其特征在于，同步电荷转移模块包括二极管全波整流桥和电子开关；电子开关采用ADG821，二极管全波整流桥的输入端接输出端子中一路信号，二极管全波整流桥的2个输出端分别接ADG821的电源端和地；该一路信号中的高电压端经第一电阻(R12)接ADG821的选通控制端(IN1)，ADG821的SI端经二极管接电荷汇集电容的正极。

8.根据权利要求5所述的基于二自由度压电振子的环境振动能量采集装置，其特征在于，DC/DC变换模块为由电压基准源(U3-2)和电压比较器(U3-1)、开关管(Q3-4)、调压和偏置作用的电阻(R3-R8)以及具有稳压输出功能的DC/DC变换器(U3-3)组成的反馈比较控制开关电路。

9.根据权利要求8所述的基于二自由度压电振子的环境振动能量采集装置，其特征在于，电压基准源采用REF191，比较器采用运算放大器AD8502，开关管采用PNP管或N沟道MOS管；DC/DC变换器采用MAX5035或TPS63030。

10.根据权利要求9所述的基于二自由度压电振子的环境振动能量采集装置，其特征在于，储能器件由超级电容与充电电池并联而成。