[发明专利]一种模块化组合噪声电源

说明书

本发明涉及一种模块化组合噪声电源。主要包括：多个直流噪声电源模块、多个二极管以及储能装置。所述直流噪声电源模块包括声电换能器以及倍压整流电路，所述声电换能器的两端电极与所述倍压整流电路的电流输入端连接。所述多个直流噪声电源模块与多个二极管一一对应，所述多个二极管并联设置，所述二极管的正极与对应的直流噪声电源模块的倍压整流电路的电流输出端相连，所述二极管的负极与所述储能装置相连，所述储能装置用于将所述倍压整流电路整流和倍压后的直流电进行储存。本发明可取代电池，用于为无电区域或不方便更换电池的物联网节点供电。

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，特别是涉及一种模块化组合噪声电源。

背景技术

1.无线传感网节点的供电。

全球化的智能互联时代已经到来。物联网（IoT）既是科技发展和社会需求的大势所趋，又是行业应用、产业升级和市场竞争的“风口”热点，成为“中国制造2025”战略规划的重要组成部分。

所谓物联网，就是支撑采集型通信的网络和互联业务，目前主要集中在两大类产业方向：一是基于感知媒体的采集型业务，其典型产品应用形式和产业形态是无线传感器网络（WSN），简称无线传感网；二是基于存储媒体的采集型业务，其典型产品应用形式和产业形态是射频识别（RFID），主要由读卡器和射频标签（例如非接触式IC卡）组成，是典型的近场通信（NFC）技术应用。

对于无线传感网来说，其节点可能散布在各种环境，因而要由电池来供电。网络布设完毕后，电池通常难以充电或更换。因此，传感节点的低功耗问题既是IoT产品研制的一大热点，也是WSN实际应用的一大痛点。因为电池的电量毕竟是有限的，节点的功耗再低，“坐吃山空”，总有电量耗尽之时，而这也就是该WSN节点甚至整个网络的寿命期限。

因此，在许多人工巡检不便的场合，不接受采用电池供电的WSN节点，例如高铁线路，特别是隧道中，连太阳能电池都无能为力。

2.噪声发电的原理和需求。

自然环境并非绝对寂静，背景噪声无处不在，甚至有时还极其强烈，例如当一列高铁列车呼啸而过的时候。

物理学告诉我们，声音来自于声源的震动，噪声也具有能量。声音的传播会引起介质的震动，如果这种震动施加在具有压电效应的材料上，就使之产生正的压电效应，在理论上就能够产生电能。这就是噪声发电的原理和机理，而这种能够将机械振动转变为电信号，或反过来在电场驱动下产生机械振动的器件，称之为换能器。由于不同能量的不同形式可以相互转换，因而也可以把声能先转换成化学能或热能等中间形式，再转换成电能，这样有可能研制出更大容量的噪声发电装置，但代价也难免更高。

噪声发电突破了传统思维的局限性，将有害的环境噪声的声能转化为电能，而迅速发展的低功耗WSN节点，则为微小容量的廉价噪声电源，提供了一个有希望率先实用的“刚需”市场。

3.压电材料与应用。

压电材料分为3类。

1）无机压电材料：分为压电晶体（一般指压电单晶体）和压电陶瓷（泛指压电多晶体）。相比较而言，压电陶瓷的压电性强、介电常数高、可加工成任意形状，但机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差。

2）有机压电材料：又称压电聚合物，例如以聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜为代表的有机压电薄膜材料，材质柔韧，具有低密度、低阻抗和大带宽。

3）复合压电材料：是在有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电材料构成的。

压电材料的应用领域可粗略分为两大类：即振动能/超声振动能-电能换能器应用，包括电声换能器、水声换能器和超声换能器等，以及其它传感器和驱动器应用。