[发明专利]振动幅度阈值驱动发电的能量采集器及传感器

说明书

技术领域

本发明属于微机械传感器领域，涉及一种振动幅度阈值驱动发电的能量采集器及传感器。

背景技术

“事件驱动(event-driven)”机制是无线传感网部署中的重要技术。所谓事件驱动，是指仅在某些特定事件(例如地震、火灾、温度/湿度等达到某一阈值)发生时，传感器才被唤醒进行数据传输工作，在其他时刻则保持低功耗休眠状态[S.Tilak,N.B.Abu-Ghazaleh and W.Heinzelman."A taxonomy of wireless micro-sensor network models."ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review6,no.2(2002):28-36.]。这一机制对于有效利用能源、延长传感网寿命、降低使用成本等有着重要意义。通常意义上的事件驱动是在网络的媒质接入控制(MAC)层进行的，通过MAC协议调度传感网的各个节点[I.Demirkol,C.Ersoy and F.Alagoz."MAC protocols for wireless sensor networks:a survey."Communications Magazine,IEEE44,no.4(2006):115-121.]。实际上，事件驱动机制对于无线传感网的物理层也有重要意义。所谓“事件”，指的就是“一个变量值的变化”[K.M,Chandy,B.E.Aydemir,E.M.Karpilovsky D.M.Zimmerman."Event-driven architectures for distributed crisis management."Computer Science256(2003):80]。在传感器的物理层，我们关心的就是一些关键物理量的变化，例如地震一定会引起加速度的巨大变化，火灾则会引起温度的显著变化。这些变化完全可以用于在物理层对传感器进行唤醒，从而进一步减少传感网的能量和网络资源消耗，提高工作效率。更进一步，这些物理量的变化(震动/加速度突变、温度升高)也蕴含着可观的能量，这就为将能量采集和传感功能实现在同一个器件上提供了可能性。这一思路在国际上得到了初步探索。日本国立产业技术综合研究所(AIST)的Itoh等开发出一种直接数字输出的压电式加速度传感器，用于探测禽流感导致的家禽运动状态异常[T.Itoh,T.Kobayashi,H.Okada,T.Masuda and T.Suga."A digital output piezoelectric accelerometer for ultra-low power wireless sensor node."In Sensors,2008IEEE,pp.542-545.IEEE,2008]。该传感器在一个悬臂梁结构上制作了多个压电条，每个压电条后级连接阈值电压不同的CMOS开关，因此检测到不同加速度时，开启的是不同数目的CMOS开关，从而实现直接数字输出而不需要模数转换电路。加速度传感器本身并不需要电源，但是后级电路仍需要靠电池供电，并没有完全实现自供能。