[发明专利]一种基于电压倍增器技术的自供电振动频率传感器系统

说明书

一种基于电压倍增器技术的自供电振动频率传感器系统，由压电能量采集器、频率检测电路和能量收集电路组成；通过压电能量采集器直接检测正弦振动，并将该振动转化为相应输出电压；通过频率检测电路对所述输出电压进行处理，得到一个反映振动频率大小的输出电压信号；通过能量收集电路将压电能量采集器的输出电压进行能量存储收集；另外，该传感器系统相对比较简单，而且可以在一定频率范围内、自供电的条件下直接测量正弦振动频率。

技术领域

本发明属于传感器领域，特别涉及到一种基于电压倍增器技术的自供电振动频率传感器系统。

背景技术

机械振动现象普遍存在于生产、生活的方方面面，人们期望控制机械振动以更好地服务于人类的生产、生活。但是大多数情况下，机械振动是有害的，例如振动现象会导致机械故障，甚至破坏整个生产系统，造成经济损失、人员伤亡、环境污染等严重后果。为减少机械振动的危害，保证机械设备安全可靠运行，机械振动的实时监测和机械故障的早期诊断是十分重要的。目前，常用的机械振动实时监测和分析方法包括：振动测量和分析、油样分析、探伤检验、噪声检测等，在上述方法中振动测量和分析是一种比较有效的方法。

近年来，市面上出现了多种振动传感器，大体上可分为两类：非接触式传感器系统和接触式传感器系统。其中非接触式传感器系统多由电容、电感、光学元件等组成，在某种程度上取得了一定的效果。但是基于电容和电感的传感器系统抗电磁干扰性能较差，基于光学元件的传感器系统容易受粗糙表面、不透明气体、灰尘等因素的影响，而且非接触式传感器系统结构比较复杂、成本较高。接触式传感器系统则是采用一些传感器如加速度计或探针测量物体表面的振动，与非接触式传感器系统相比，接触式传感器系统相对比较简单、成本较低、同样可以获得较好的效果。

在供电形式方面，目前大部分的振动传感器采用传统的电池方式供给能量。由于振动传感器体积微小，自身携带的电池能量有限，不能满足长期工作需要，因此供电问题已经成为无线传感网络节点的发展的重要制约因素。

近年来，环境能量采集技术作为一项新的技术理念，得到越来越多的关注，随着低功耗大规模集成电路技术和先进电源管理技术的进步，可以将微型传感器及低功耗数字信号处理器的功率控制在1mW以下，如此低的功耗使收集周围环境能量为微小型传感器及其他电子器件供电（即自供能技术）成为可能，利用环境能量采集技术为无线传感器网络提供能量补给，逐步成为目前研究的一项前沿课题。环境中可采集利用的能量有机械振动能、光能、热能等。机械振动能是环境中较为广泛的能源之一，自然生活与工作环境中的振动几乎无处不在，且不像太阳能、热能等受到自然条件制约，直接从环境中提取振动能为低功耗电子器件供能具有广阔的应用前景。

而现有的振动频率传感器系统，无论是接触式还是非接触式，都存在以下缺陷：

（1）振动传感器系统大多数直接测量振动的位移、速度和加速度，而无法直接反映振动频率的大小；

（2）为了从这些常见的传感器系统获得频率信息，必须增加额外的转换或处理单元，导致系统更加复杂、冗余，增加了使用成本；

（3）传统化学电池供电时间有限，需要定期更换电池，然而在某些应用场合不具备经常更换电池的条件。

发明内容

针对现有振动频率传感器系统存在的问题，本发明一种基于电压倍增器技术的自供电振动频率传感器系统，由压电能量采集器、频率检测电路和能量收集电路组成。通过压电能量采集器直接检测正弦振动，并将该振动转化为相应输出电压；通过频率检测电路对所述输出电压进行处理，得到一个反映振动频率大小的输出电压信号；通过能量收集电路将压电能量采集器的输出电压进行能量存储收集。另外，该传感器系统相对比较简单，而且可以在一定频率范围内、自供电的条件下直接测量正弦振动频率。

一种基于电压倍增器技术的自供电振动频率传感器系统，如图1所示，包括：压电能量采集器、频率检测电路和能量收集电路。