基于振动能量收集的传感器自供能技术研究.pdf

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1、2015年第34卷第9期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)13DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)09-0013--04基于振动能量收集的传感器自供能技术研究宋宇，宋隽炜(长春工业大学计算杌科学与工程学院。吉林长春130012)摘要：复合式能量收集技术是一种基于压电和电磁的传感器自供电技术。对复合式能量收集系统进行分析，给出系统的数学模型，讨论系统共振频率与系统结构参数的关系；设计了一种压电和电磁复合式能量收集装置，并进行实验

2、验证。结果表明：给出的数学模型基本反映了系统的输出特性，在共振频率为18Hz时，与单一型电磁技术实验在共振频率处得到的3．2mw负载功率相比，复合式能量收集技术获得的最大负载功率3．8mW，增加了19％。关键词：环境振动；能量收集；压电能量转换；电磁能量转换；无线传感器中图分类号：TM919文献标识码：A文章编号：1000-9787(2o15)09-0013-04Sensorself-poweredtechnologyresearchbased0n一一‘一一-一vibrat

3、0nenergyharvest

4、ing．SONGYu．SONGJuan·wei(CollegeofComputerScienceandEngineering，ChangchunUniversityofTechnology，Changchun130012，China)Abstract：Compositeenergyharvestingtechniqueisase~poweredsensortechnologybasedonpiezoelectricandelectromagneticenergyharvestingtechnology．A

5、nalyzecompositeenergyharvestingsystem，putforwardmathematicalmodelsanddiscussrelationshipbetweenresonancefrequencyofsystemandsystemconfigurationparameters；designasetofpiezoelectricandelectromagneticenergyharvestingdevice，andexperimentalverificationiscavile

6、dout．Resultsshowthatthegivenmathmodelisl9seagreementwithoutputcharacteristicsofsystem．Undertheresonance~equencyof18Hz，themaximumofloadpowerofthecompositeharvesterachieves3．8mWwhichisincreasedby19％comparedwith3．2mWofthesingleelectromagnetictechnique．Keywor

7、ds：ambientvibration；energyharvesting；piezoelectricenergyconversion；electromagneticenergyconversion；wirelesssensor0引言单一的供电方式并不足以满足电子产品的电力需随着大规模高集成度电路的广泛应用，微电子系统的求。由于压电材料的可用性强、性能好、可以提供更高物理尺寸变得越来越小，系统功耗也得到了明显的降低，使的输出电压等优点L6J，人们广泛关注利用压电效应的能量得低功耗器件的研究越来越热，这些器件

8、的驱动能源通常收集技术。此外，由于电磁式能量收集具有设计方便、制作是电池。但伴随着器件数量的急剧增加和物理尺寸的减简单而且易于分析的特点]，使得电磁能量收集技术也得小，电池的更换随之增加，甚至在某些条件下，无法完成电到进一步发展。池的更换工作。工作在用电设备上面的传感器由大容量的很多文献对使用不同的能量收集方法来提高振动能量电池和大容量电容器进行供电，这样不仅使得对电子设备收集的效率进行了报道_8]。JiangS等人从改善能源效率很难进行很好的维护，而且也造成了环境污染。因此，的角度对压电双晶片的悬臂梁发

9、起了一项研究，通过在亟需一种可行的通过收集和转换周围环境振动能量而实现压电悬臂梁的末端添加小质量块的方法来提高能量收集器的效率。中东技术大学研究人员致力于电磁微发电的原理对低功耗器件供能的方法。振动能量收集技术是目前研究和应用于生产的能量收集器。先前的压电振动能正在研究的一种热门方式，这种供电方式可以延长低功耗量收集研究大多集中在开发新产品和改进压电材料系统的设备的寿命，并可以不依赖电池或者线束对设备进行单独能源收集效率，或集