[发明专利]一种同位素电池供能的谐振式声表面波无线传感器

说明书

一种同位素电池供能的谐振式声表面波无线传感器，涉及无线传感。设有同位素电池、微型充放电执行开关、谐振式声表面波无线传感器和发射天线；所述同位素电池使用同位素辐射源激励二氧化钛材料而产生亚微安级电流；所述充放电执行开关采用并联式悬臂梁MEMS开关结构，充放电执行开关设有基底、金属悬臂梁和接地电极；所述谐振式声表面波无线传感器设有衬底、反射栅、压电介质层和叉指电极，谐振式声表面波无线传感器用于在充电周期中收集同位素电池能量，存储能量大小与激励电压、叉指对数、孔径宽度、叉指单位电容等成正比；所述发射天线用于接收IDT上的频率变化信号，向外发送带有传感量信息的频率信号。

技术领域

本发明涉及无线传感，尤其是涉及一种同位素电池供能的谐振式声表面波无线传感器。

背景技术

无线传感器网络是当前信息领域中研究的热点之一，可用于环境信息如压力、应变、湿度、湿度、扭力、质量吸附、分子吸附、气体成分、辐射等环境物理量的监测，实现信号的采集、处理和无线发送。无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，在现实生活中得到了越来越广泛的应用。无线传感器网络的优点是可以对监测环境实现分布式的无线传感器网络化布置，进而实现某些特殊环境中的参数监测和信息传输。例如在密闭或狭窄的空间环境中、高速旋转物体、恶劣环境(如核辐射场、高温高压、生化场等)等不易布置线路或不易维护的环境中，使用无线传感器网络通常是最佳选择。

无线传感器的能源供应是制约无线传感器网络稳定长期工作的一个主要瓶项。目前，无线传感器网络主要能源供给方案有普通化学电池、燃料电池、环境能量收集电池(如太阳能、振动能量、电磁场能量、热能等)等。普通化学电池需要定期维护或更换，对环境温度适应性差，特别不适于密闭或恶劣环境中的应用；燃料电池需要燃料存储装置和定期补充燃料，不易维护。环境能量收集电池通常需要整流和电能管理等装置而使整个传感器设计变的相当复杂。对于一些环境能量，如太阳能、电磁能和振动能量等，往往受限于能量供给的时效性和能量收集器件的可靠性和环境适用性。

同位素电池是利用放射性同位素衰变释放的能量转换成电能的自主发电装置，具有能量密度高、寿命长、工作可靠、环境适应性强、无需维护等特点，非常适合作为无线传感网络节点的供电能源。同位素电池的寿命可根据同位素的半衰期来计算，一般达到十年或数十年之久。由于能量密度高，同位素电池可被制备成微型电池供传感器使用。

无线传感器主要使用射频信号实现传感信息的发送。声表面波传感器可以在不使用其他调理电路的情况直接输出与被传感量相关的频率信号，非常适合于结构简单、性能稳定的无线传感检测系统。声表面波传感器的基本工作原理是传感器在受到外界环境的压力、湿度、湿度、扭力、质量吸附等环境物理参量的作用时，其谐振频率会随着环境物理参量的变化而变化，根据谐振频率的测试结果进行相应数据处理就可以得到环境物理参量的变化情况。

根据谐振式声表面波无线传感器的基本结构，通过向声表面波无线传感器插指电极(IDT)提供激励电压，将会在谐振式声表面波无线传感器中储存能量，总能量大小与激励电压、叉指对数、孔径宽度、叉指单位电容等成正比。IDT短路放电后产生阶跃响应，谐振器筛选出由IDT结构决定的固有谐振信号，该信号受环境参量影响后可再次通过IDT转为射频信号并通过天线发射出去，从而实现环境参量的无线检测。

综上所述，为了能用于特殊环境参量检测，并在长时间内高效主动地向外发送无线传感信息，研发一种同位素电池供能的谐振式声表面波无线传感器，对整个无线传感器技术领域的进步和相关产业的发展具有积极的推动作用。

发明内容

针对无线传感网络对长寿命免维护能源的需求问题，本发明提供一种同位素电池供能的谐振式声表面波无线传感器。

本发明设有同位素电池、充放电执行开关、谐振式声表面波无线传感器和发射天线；

所述同位素电池使用同位素辐射源激励二氧化钛材料而产生亚微安级电流，用于长期地对谐振式声表面波无线传感器进行充电；