MEMS压电阵列振动能量收集器.pdf

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1、第27卷第8期传感技术学报V01．27No．8CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSAug．20142014年8月TheMEMSVibrationEnergyHarvesterwithPiezoelectricArraySHEYin，WENZhiyu，ZHAOXingqiang，DENGLicheng，SHANGZhengguo(1．KeyLaboratoryofFundamentalScienceMicro／NanoDeviceSysternTechnology，Chongqing40043，China；2．Micros~temresearchcen

2、terofChongqinguniversity，Chongqing400044，China；3．CollegeofoptoelectronicengineeringofChongqinguniversity，Chongqing400044，China)Abstract：Inrecentyears，agreatefforthasbeendevotedtothestudyofmicropiezoelectricvibrationenergyhar—vester(VEH)withthedevelopmentofPowerMEMS．However，theoutputvoltageofcon

3、ventionald3lVEHbasedonaPZTfilmisgenerallylow，whichisdificultforapplication．InordertoraisetheoutputvoltageoftheMEMSpiezoe—lectricvibrationenergyharvester，thispaperpresentsaMEMSpiezoelectriccantileverarraystructurewhichcanraisethevoltagebyconnectingthepiezoelectricelementsinseries．Byusingthefinit

4、eelementmethodforstructuralsimulationanalysisandoptimization，theoptimizedpiezoelectriccantileverdimensionsis3mmx2．4mmX0．05mmandsiliconmassdimensionsis8mmx12．4minx0．5mm．TheprincipleprototypewasfabricatedbyMEMSfabrica-tionprocess．Thedeviceproducesamaximumopencircuitoutputvoltageof9．16Vrmsandamaxi

5、mumoutputpower0f151．8Wwith5．51Vrmsoutputvoltagewithanoptimalresistiveloadof200kQfrom1gaccelerationatitsresonantfrequencyof237．9Hz．Keywords：MEMS；vibrate；energyharvesting；piezoelectric；arayEEACC：7230doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2014．O8．006MEMS压电阵列振动能量收集器余引，温志渝，赵兴强，邓丽城，尚正国(1．重庆大学新型微纳器件与系统技术国防重点学科实

6、验室，重庆400044；2．重庆大学微系统研究中心，重庆400044；3．重庆大学光电工程学院，重庆400044)摘要：近年来，随着微能源的发展，微型压电振动能量收集器得到了广泛关注，但传统d，。模式PZT薄膜微型压电振动能量收集器输出电压普遍较低，难以满足应用需求。为提高微型压电振动能量收集器的输出电压，论文提出了共质量块悬臂梁阵列压电振动能量收集器新结构，该结构包含压电悬臂梁单元组成的阵列和一个质量块，悬臂梁阵列共用质量块。采用有限元方法对该结构进行了优化设计，得到压电悬臂梁单元优化尺寸为3minX2．4mmx0．051TlIlq，硅质量块优化尺寸为8mmX12．4minX0．5

7、film。设计了MEMS压电阵列振动能量收集器加工_T艺流程，加工出原理样件。在1g加速度，239．7Hz谐振频率激励下，测试得到样件输出开路电压有效值为9．16V；在最优化负载200kn下，负载输出电压有效值为5．51V，输出功率为151．8W。关键词：微机电系统；振动；能量收集；压电；阵列中图分类号：TM31；TN384文献标识码：A文章编号：1004-1699(2014)08—1033—05近年来，随着集成电路、微机电系统等的快速发有体积小、寿命长、