同位素辐射能量致动的mems能量收集器的研究

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1、厦门大学学位论文原创性声明本人呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和《厦门大学研究生学术活动规范(试行)》。另外，该学位论文为()课题(组)的研究成果，获得()课题(组)经费或实验室的资助，在()实验室完成。(请在以上括号内填写课题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特别声明。)声明人(签名)：王翔i≯悻年5只’-lEt厦门大学学位论文著作权使用声明f燃幽本人同意厦门大学根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》等规

2、定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交学位论文(包括纸质版和电子版)，允许学位论文进入厦门大学图书馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。本学位论文属于：()1．经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文，于年月日解密，解密后适用上述授权。(、／)2．不保密，适用上述授权。(请在以上相应括号内打“√”或填上相应内容。保密学位论文应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密委员会审定的

3、学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权。)声明人(签名)王荔目动修年f月Z／日摘要针对目前无线传感网络节点对长寿命、低成本微能源的需求，本文提出了将同位素辐射能量转换为电能的两种转化原理。它们分别为：静电式辐射能量收集原理和压电式辐射能量收集原理。静电式辐射能量收集原理是利用同位素镍．63贝塔辐射能实现平行板悬浮一质量块结构的自由阻尼振动，并通过可变电容电路实现充．放电振荡循环从而实现电能的转换；压电式辐射能量收集原理同样是利用同位素镍．63贝塔辐射能实现悬臂梁．质量块结构的自由阻尼振动，并通过压电材料的正压

4、电效应产生电势差，通过外部电路实现循环放电。首先，针对静电式收集原理设计了直臂悬臂梁结构；针对压电式收集原理设计了L形悬臂梁结构。然后，分别分析两种原理中的运动状态和能量转化过程，给出了设计结构的运动状态和能量输出方程，并使用Matlab／Simulink对输出特性进行了数值模拟和基于Ansys的结构优化设计。仿真结果表明本文所设计的静电式收集结构在一阶固有频率为500Hz，两极板间距离为751am，外接电阻为84kQ时平均输出功率最大为O．416pw，转化效率为8．25％；而压电式收集结构在臂梁厚度Z，=30ken，质量块长度上，。=5658／n

5、n，质量块厚度为507ttm，外接电阻R=915．6Q时平均输出功率为：P=6．955／．tW，输出电压为U=0．05123v。最后，根据MEMS加工工艺对静电式辐射能量收集器件的加工工艺进行了探究。关键词：同位素；能量收集；MEMSAbstractWirelesssensornodesdeployedinremoteandinaccessiblelocationsneedlonglifetimepowersourcestopreventcostprohibitiveperiodicreplacement．Thispaperpresentstwok

6、indsofconversionprinciplesofisotoperadiationenergyintoelectricity．Theyaretheelectrostaticprincipleofradiationenergycollectionandpiezoelectricprincipleofradiationenergycollection．Electrostaticradiationenergycollectionprincipleisthattheusingofisotopenickel·63betaradiationenergyt

7、omakeparallelsuspension—qualityboardsintofreedampedvibration，andthenthroughthevariablecapacitancecircuittorealizethecharge—dischargeoscillationcycleSOastorealizetheconversionofelectricalenergy；Piezoelectricradiationenergycollectionprincipleistousethesamenickel-63betaradiatione

8、nergytomakethecantileverbeam-qualityintofreedampedvibration，a