[实用新型]基于多频率振动能量采集器的自供能传感器

说明书

本实用新型揭示了一种基于多频率振动能量采集器的自供能传感器，能量采集器通过电源线连接电能储存电路并为电能储存电路充电，所述电能储能电路通过电能瞬间放电电路连接传感器本体的电源端，所述能量采集器设有螺旋状悬臂梁，所述螺旋状悬臂梁由具有弹性的金属条卷曲构成，所述螺旋状悬臂梁一端固定在支架上，另一端固定在支撑板上，所述螺旋状悬臂梁的表面贴附有用于发电的压电陶瓷。本实用新型能够利用悬臂梁的振动产生电能为传感器供电，实现传感器电能自供给，具有结构简单、稳定性强、能量采集效率高、测量精度高、节能环保等特点。

技术领域

本实用新型涉及自供能式传感器。

背景技术

在全球能源消耗量骤增，我们广泛利用的煤、石油、天然气等可供开采的传统能源越来越少的严峻形式下，人们正积极地研究和开发一些可再生的新型能源，探索新型的绿色可再生能源成为人类生存面临的挑战之一。

传感器是用于获取环境参数的重要器件，例如加速度传感器作为测量物体运动状态的一种重要的传感器，被广泛应用于航天、军事、医疗、体育、制造业和地震测量等多种领域，它是工业、国防等许多领域中进行冲击、振动测量常用的测试仪器。

目前，市面上大多数的加速度传感器，其体积和质量较大、内芯体结构复杂，装配工艺步骤繁琐，供能时间有限且成本较高，已经无法满足日益发展的供能要求。基于以上现状，我们对电子设备的供电方式提出了新的要求：一种能够从环境中收集能量，并且通过能量转换来驱动加速度传感器，实现能量的自给自足。借助于能量采集技术将自然界广泛存在的各种振动能量转换为电能，从而为微电子器件持久供电是一种有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是实现一种基于多悬臂梁单向多频率振动能量采集器的自供能传感器，实现传感器自供电的装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种基于多频率振动能量采集器的自供能传感器，能量采集器通过电源线连接电能储存电路并为电能储存电路充电，所述电能储存电路通过电能瞬间放电电路连接传感器本体的电源端，所述能量采集器设有螺旋状悬臂梁，所述螺旋状悬臂梁由具有弹性的金属条卷曲构成，所述螺旋状悬臂梁一端固定在支架上，另一端固定在支撑板上，所述螺旋状悬臂梁的表面贴附有用于发电的压电陶瓷。

所述支架为柱状结构，所述支架下方固定在底座上，所述螺旋状悬臂梁至少设有两个且均匀分布在支架的四周，所述支撑板为平板并由螺旋状悬臂梁支撑在支架的上方，所述支架和支撑板之间具有间隙。

所述支撑板为空心的球体，所述支架位于支撑板内并由至少两个螺旋状悬臂梁支撑悬浮在球心支撑板内部的球心位置，所述支撑板的外部固定在底座上。

所述支架上固定有杆状悬臂梁，所述杆状悬臂梁表面贴附有用于发电的压电陶瓷，所述杆状悬臂梁的外端悬空并固定有质量块。

每个所述杆状悬臂梁中间区域为两面均向内凹陷的结构，贴附在杆状悬臂梁上的压电陶瓷为中间凹陷的结构，贴附在所述杆状悬臂梁两面的压电陶瓷与基板向内凹陷的结构贴合。

所述螺旋状悬臂梁由金属条卷曲构成，所述金属条为由一端向另一端逐渐变窄的结构，所述较宽的一端与支撑板连接，较窄的一端与支架连接。

所述电能储存电路包括阻抗匹配电路、整流电路和电容器，所述基板两面的压电陶瓷均为压电PZT-5H材料，所述采集器上的所有压电陶瓷并联接入阻抗匹配电路的输入端，所述阻抗匹配电路的输出端连接整流电路的输入端，所述整流电路的输出端经电容器连接电能瞬间放电电路。

每个所述电能储存电路设有两个电容器分别为电容器C1和电容器C0，所述整流电路具有两路输出分别连接电容器C1和电容器C0，所述电容器C1连接电能瞬间放电电路并为其供电，所述电容器C0连接控制电路并为其供电，所述控制电路的控制信号输出端连接电能瞬间放电电路的控制信号输入端。