[发明专利]一种自源式传感器

说明书

本公开涉及微电子技术领域，尤其涉及一种自源式传感器，用于建筑物、飞机、汽车等关键部位的健康监测系统中。该自源式传感器包括浮栅场效应管和压电元件；所述压电元件连接于浮栅场效应管的源极；所述压电材料能够在受到周期性形变激励的情况下，将产生的电子注入并存储到所述浮栅场效应管的浮栅极。通过压电元件受到周期性形变所产生的电子，并存储在芯片中，去除其他的电源管理模块，实现超微功耗和微弱能量获取。

技术领域

本公开涉及微电子技术领域，尤其涉及一种自源式传感器，用于建筑物、飞机、汽车等关键部位的健康监测系统。

背景技术

对于建筑物、飞机、汽车等的关键部位内部，常常空间具有一定的局限性且周围环境恶劣，而关键部位需要设置传感器以监测其运行健康状况。传统的传感器需要电源或者电池供电，电源或电池供电所带来的布线模块及所附电压管理模块、能量缓冲模块、即模拟数字转换等使得传统的传感器无法安置于空间受限如发动机内部，进行长期有效的健康监测。

另外一种传感器是被动式传感器，其本身不带电源，可以通过外部信号对传感器进行激励，数据读取和传递。其缺点在于传感器在不激励的状态下，无法进行物理测量，因此无法记录历史数据，这給这类传感器的应用带来了局限。

美国福特公司采用一种微型自源传感器，利用环境中的振动和材料形变获取能量，给微功耗传感器进行供电，该技术的难点在于，从环境本身获取能量非常有限，这就要求传感器的设计需要进行超微功耗设计。表1展示了从建筑物和生物力学的运动中可以直接获取的能量。

表1

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种自源式传感器，能够在不加外部电源的情况下，连续监测物体的疲劳程度。

一种自源式传感器，包括：

浮栅场效应管和压电元件；

所述压电元件连接于浮栅场效应管的源极；

所述压电材料能够在受到周期性形变激励的情况下，将产生的电子注入并存储到所述浮栅场效应管的浮栅极。

作为优选的，所述压电元件的材料为PZT、PVDF中的至少一种。

作为优选的，所述的自源式传感器，还包括：

运算放大器，所述运算放大器的反相输入端与浮栅场效应管的源极连接，所述运算放大器的同相输入端连接参考电压，所述运算放大器的输出端通过第一电容连接浮栅场效应管的浮栅极。

作为优选的，所述运算放大器的输出端通过开关接地，所述浮栅场效应管的漏极接地。

作为优选的，所述开关处于闭合状态，则自源式传感器处于读取模式；所述开关处于断开状态，则自源式传感器处于注入模式。

作为优选的，所述浮栅场效应管的浮栅极通过第二电容连接隧道电压，所述隧道电压用于对浮栅场效应管的浮栅极储存的电荷进行清零。

作为优选的，所述压电元件向浮栅场效应管的浮栅极注入的电流与压电元件输入的源极电压具有线性关系。

本发明的有益效果在于，通过压电元件受到周期性形变所产生的电子，并存储在芯片中，去除其他的电源管理模块，实现超微功耗和微弱能量获取。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出本发明一实施例的自源式传感器片上系统的原理图；