[发明专利]振幅放大叠加振动能量采集装置

说明书

一种振幅放大叠加振动能量采集装置，包括：两个设置于基座上的振动组件以及检测电路，其中：第一振动组件一端与基座弹性连接且中部设置于基座上，第二振动组件与基座固定连接且正对第一振动组件的另一端，检测电路与该第一振动组件的另一端相连。本发明克服了现有压电振动能量采集装置应用频域窄、能量密度低的问题。

技术领域

本发明涉及的是一种微电子领域的技术，具体是一种振幅放大叠加振动能量采集装置。

背景技术

随着微电子技术的发展，微电子器件工作需要的能源更少,这使得采集自然环境下的能量为微电子器件供电成为可能。采集自然环境下的能量为微电子器件供电，不仅节能，而且不依赖外部电源更加便捷可靠，尤其在一些不方便进行外部供电或更换电池的工作环境中更是如此。机械振动是最普遍的可以采集的能量。目前振动能量采集技术主要分为三种类型：(1)利用电磁换能装置将振动机械能转换为电能的电磁式；(2)利用静电发生器将振动机械能转换为电能的静电式；(3)利用压电材料的压电效应将振动机械能转换为电能的压电式。通过比较压电式、电磁式和静电式等俘能方法的能量密度，发现压电式具有更大的功率密度。而且，压电式能量采集装置结构简单，便于系统模块化、集成化和微型化，有利应用于工程实践。但是，压电振动能量采集面临的两个最关键的问题是比较窄的工作频带和比较低的能量密度。

能量采集装置的工作频率与其自然频率匹配可以产生共振以获得最大的能量输出。为此，人们设计了许多结构。因为自然环境下振动频率一般较低，很多研究者通过降低振动压电能量采集装置的固有频率以使之更容易在自然环境下共振从而提高俘能效率，设计了基于弹簧的振动能量采集结构、基于高分子聚合物的振动能量采集结构等。很多研究者设计了悬臂压电梁阵列的能量采集装置等，以匹配不同的环境频率。很多研究者设计了自动调频的振动能量采集系统，通过主动控制改变装置的自然频率以匹配工作频率。由于非线性系统具有更宽的频域响应，所以很多研究者提出要充分利用振动能量采集装置的非线性用于宽频的能量采集。其中尤其是双稳态非线性系统，通过突跳产生大的变形可以显著提高能量输出。

尽管如此，这些振动能量采集装置适用的频域也很有限，而且这些宽频振动能量采集装置都是利用d31模式发电，并不能显著提高能量密度，而具有更高等效压电系数的伸张结构式压电单元并不能在微弱振动环境中使用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种振幅放大叠加振动能量采集装置，克服了现有压电振动能量采集装置应用频域窄、能量密度低的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：两个设置于基座上的振动组件以及检测电路，其中：第一振动组件一端与基座弹性连接且中部设置于基座上，第二振动组件与基座固定连接且正对第一振动组件的另一端，检测电路与该第一振动组件的另一端相连。

所述的第一振动组件包括：弹簧和质量块组成的单自由度弹簧振子、刚性梁、伸张结构式压电单元，其中：质量块通过第一轴与刚性梁连接，刚性梁通过第二轴与支撑座连接组成杠杆机构，带有第一永磁铁的伸张结构式压电单元设置于刚性梁的末端。

所述的第二振动组件包括：悬臂弹性梁以及设置于悬臂弹性梁末端的第二永磁铁，其中：第一永磁铁与第二永磁铁的磁极相对，伸张结构式压电单元与检测电路相连接。

技术效果

与现有技术相比，本发明结构新颖、简单，设计合理，通过第一振动组件的杠杆机构放大受迫振动的振幅，并与第二振动组件的受迫振动叠加，从而增加悬臂梁末端固定的磁铁与伸展结构式压电单元固定的磁铁的相对位移，而且磁力作用使系统成为双稳态非线性系统，这些优点使之可以具有更宽的工作频宽；尤其，通过这种方式使得在微弱振动环境下可以采用伸张结构式压电单元，压电系数可以被放大100倍以上，能量俘获密度更高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；