[实用新型]一种多种环境能量收集装置

说明书

本实用新型公开了一种多种环境能量收集装置，包括储能单元及分别与其连接的射频能量收集电路、温差能量收集电路、振动能量收集电路、电压监测电路和升压供电电路，所述电压监测电路连接升压供电电路，根据监控到的储能单元电压大小控制升压供电电路向功耗设备供电。本实用新型的多种环境能量收集装置，能够同时收集多种环境能量，经过储能升压给低功耗设备供电，相对收集单一能量装置而言，储能时间更短，能够在不同环境中收集能量，具有更高的供电可靠性。本实用新型可以通过调整储能电容的电容值、监测电路的高低阈值从而改变输出能量大小，以满足不同低功耗设备供电需求，应用场景灵活性较大。

技术领域

本实用新型涉及射频能量收集、温差能量收集以及振动能量收集领域，特别涉及一种多种环境能量收集装置。

背景技术

传感技术的飞速发展，为其在环境监测、生物医学、军事活动以及居民生活等领域得到了广泛的应用。低功耗传感节点是传感网络的基本组成部分，但是由于节点自身携带的电池电量有限，无法长时间供电，频繁的电池维护使成本大大增加，所以传统的电池供电已经成为传感技术发展的瓶颈问题，而收集微弱的环境能量并转化为电能为低功耗传感节点供电成为一种有效的方式。

在众多形式的能量收集技术中，无线能量收集通过收集空间中的电磁信号进行能量转换，具有供电稳定、环境友好等特点。某些环境中存在振动，可以收集该振动能量。在工业生产中存在大量窖、炉设备，这些设备表面温度很高，

与环境温度相差较大，可以利用此温差，向传感节点供电。

近年来，环境能量收集研究受到国内外关注。文献[1](Kevin M.Farinholt,etal.“RF Energy Transmission for a Low-Power Wireless Impedance Sensor Node.”IEEE Sensors Journal.,vol.9,no.7,pp.793-800,July 2009.Sheikh,B.Miniaturization of the folded dipole antenna.Mathematical Methods inElectromagnetic Theory,2008.MMET 2008.12th International Conference on.IEEE,2008.)提出了一款收集2.45GHz射频能量装置，向0.1F电容充电，36s后电容电压升到3.7V。文献[2](Chin-Lung Yang，et al.“Enhancement of Wireless Power Transmission byUsing Novel Multitone Approaches for Wireless Recharging.”IEEE Antennas andWireless Propagation Letters,vol.10,pp.1353-1357,2011.Wang,Zedong,et al.Design of a Dual-Band High-Gain Antenna Array for WLAN and WiMAX BaseStation.Antennas and Wireless Propagation Letters,IEEE 13(2014):1721-1724.)提出了一款多频段射频能量收集装置，收集1.83GHz和3.36GHz射频能量。文献[3](JianLiu,and Xiu Yin Zhang.“Analysis and Design of Dual-Band Rectifier Using NovelMatching Network.”IEEE Transactions on Circuits and SystemsΙΙ：Express Briefs,2017.Wang,Zedong,et al.A broadband dual-element folded dipole antenna with areflector.Antennas and Wireless Propagation Letters,IEEE 13(2014):750-753.)提出了一种新型射频能量收集电路，使用阻抗压缩技术，实现0.915GHz和2.45GHz双频能量收集。文献[4](Jie Chen,et al.“A Thermoelectric Energy Harvesting System forPowering Wireless Sensors in Nuclear Power Plants.”IEEE Transactions onNuclear Science,vol.63,no.5,pp.2738-2746,October 2016.Wang,Zedong,et al.Dual-element folded dipole design for broadband multilayered Yagi antenna for2G/3G/LTE applications.Electronics Letters50.4(2014):242-244.)通过收集核电站产生的大量余热，理论分析了收集温差能量为无线传感节点供电的可行性。文献[5](JacobGoeppert,et al.“Fully Integrated Startup at 70mV of Boost Converters forThermoelectric Energy Harvesting.”IEEE Journal of Solid-State Circuits,vol.51,no.7,pp.1716-1726,July 2016.Ge,Lefei,and Kwai Man Luk.A widebandmagneto-electric dipole antenna.Antennas and Propagation,IEEE Transactionson 60.11(2012):4987-4991.)设计了一款感性直流升压转化电路，可以将温差转化器产生的70mV直流电升至1.25。文献[6](Qiaochu Tang,et al.”Wireless Alarm MicrosystemSelf-Powered by Vibration-Threshold-Triggered Energy Harvester.”IEEETransactions on Industry Electronics,vol.63,no.4,pp.2447-2455,April 2016.Ge,Lei,and Kwai-Man Luk.A band-reconfigurable antenna based on directeddipole.Antennas and Propagation,IEEE Transactions on 62.1(2014):64-71.)设计了一款收集振动能量为传感节点供电的装置，向470uF电容充电，45s后电容电压升至3.5V，向芯片供电。