[发明专利]一种基于桥架式MPEG的微型自供能装置

说明书

本发明提供一种基于桥架式MPEG的微型自供能装置，其特征在于，包括：具有硅基的压电结构和通过耦合桥架耦合到压电结构下方的用于容纳检验质量块的框架；压电结构包括硅基、置于硅基上的上电极和下电极以及夹在上电极和下电极之间的产生电能的压电膜；框架具有预设尺寸的开口腔，检验质量块位于开口腔内通过耦合桥架耦合到硅基底面；微型自供能装置还包括分别与上电极和下电极连接的上电极垫和下电极垫，上电极垫和下电极垫通过细导线连接到框架的导线引出部上将电能输送到自供能装置外的外接设备上。本发明通过压电膜响应机械应变而产生电能以及检验质量块控制对振动频率的响应，有效利用外部振动产生电能，具有结构简单，实用性强等优点。

技术领域

本发明涉及自供能技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于桥架式MPEG的微型自供能装置，该装置利用振动产生电能，可为微型用电设备，如微型传感器等提供能源。

背景技术

无线传感器网络是由大量部署在作用区域内的利用无线通讯互相连接的大量传感器节点组成的网络系统。随着传感器技术、无线通讯技术、微电子技术和嵌入式应用技术的日趋成熟，无线传感器网络迅速发展。利用无线传感器网络，可以实现对所部署区域内的物理状况、环境状况、生物信息等的监测。由于无线传感器网络可以快速部署，并且有自组织，高容错率和强隐蔽性的优点，无线传感器网络可适用于海洋探测、环境监测、船舶监测等应用场合。

目前使用的无线传感器网络主要是使用电池作为电源来工作的，由于无线传感器网络节点具有体积小、数量众多、分布范围广泛、工作环境复杂的特点，通过定期更换电池来维持传感器网络的持续工作并不现实，因此，电池的续航能力成为限制无线传感器网络节点工作寿命的主要因素。通常，需要定期更换传感器的电池，以便传感器能够维持正常工作，更换传感器电池的过程中，整个传感器需要重新拆卸连接，从而导致修理成本高、电池寿命缩短、高温和环境污染等问题。

另外，随着医学的发展，心脏起搏器、人工耳蜗以及生物传感器等植入体内的医疗设备被广泛应用于医疗领域，并逐渐开始应用于疾病的检测和预防。一般这些医疗设备也是使用电池供电的，电池的容量成为限制这些医疗设备寿命的主要因素。在电池电量用尽之后，只能通过手术的方式对设备进行更换。这种方式提高了医疗设备使用成本的同时也增加了使用风险。因此，近年来，社会各界对自供能传感器的需求不断增加。

目前，微型自供能装置的供能方式主要有太阳能发电、温差发电、压电发电、化学能电池和燃料电池。利用化学能电池和燃料电池一次性供电电池寿命短，而利用太阳能、温差、振动能等环境能为微系统提供能量可以实现长期供电，具有功率密度不随时间的长短而发生变化的特点。利用环境中的余热或废热造成的温度差以及环境中的机械能(如振动、冲击、旋转力、惯性力、压力和流体流动)，可以分别采用热电材料和压电材料在不使用外部电源的情况下实现简单的能量转换结构，为微型传感器节点供电。

综上，有必要提供一种微型压电发电装置在振动环境中可以发挥显著效果。船舶在正常航行时，船舶内部具有较多高频振动部件，如甲板、柴油机、空调系统、分油机等，可为MPEG装置提供充足的振动源。高频振动部件可为微型压电发电装置提供充足的振动源。随着船舶工业4.0的推近，微型压电发电装置可为智能船舶上布置的微型传感器网络节点提供电能，促进无人船舶的早日实现，推动我国海洋强国战略的进一步实施。

发明内容

根据上述提出传感器或小型医用器械由于更换电池而导致的拆卸繁复，修理成本高，亦或者在高温条件下存在环境污染等技术问题，而提供一种基于桥架式MPEG的微型自供能装置。本发明主要利用在具有硅基的压电结构下方，通过耦合桥架将检验质量块耦合在硅基底面，同时耦合有用于容纳检验质量块的框架。压电结构的压电膜用于响应机械应变的变化而产生电能，检验质量块用于控制振动频率的响应特性，从而有效利用外部振动产生电能。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于桥架式MPEG的微型自供能装置，其特征在于，包括：具有硅基的压电结构和通过耦合桥架耦合到所述压电结构下方的、用于容纳检验质量块的框架；