微型振动式能量采集器研究进展.pdf

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1、2015年第34卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)9DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)02-0009-04微型振动式能量采集器研究进展许卓，杨杰，燕乐，曹嘉峰，陈晓勇，丑修建(中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051)摘要：振动能量采集器具有体积小、寿命长、高能量密度的特点成为当前广泛研究的重要微能源器件之一。重点介绍了基于电磁式、压电式、静电式、磁致伸缩式、复合式等采能原理的能量收集模块，系

2、统综述了上述能量采集模块的优缺点、国内外现状及未来发展趋势；同时综述了微能源重要组成部分一电源管理和储能电路模块的研究现状，最后展望了振动式微能源器件的发展前景与趋势。关键词：振动；能量采集；电源管理；发展现状中图分类号：TH703文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)02-0009-04R一esearchIIPr0gress0nml●crovi‘1brat·i‘Onenergy1narVest-ersXUZhuo，YANGJie，YANk，CAOJia—feng，CHENXiao—yon

3、g，CHOUXiu-jian(KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement，MinistryofEducation，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：Vibrationalenergyharvestingdevicesisbecomingoneoftheimportantmicro—energydeviceswhicharewidelyresearchedcurrent

4、ly，becauseofcharacteristicsofsmallvolume，longlifetimeandhighenergydensity．Differenttypeofenergy—harvestingmodulesbasedonprincipleofelectromagnetic，piezoelectric，electrostatic，magneticelastieandhybridtype，etc．arepresented，theadvantages，disadvantages，curren

5、tsituationandfuturedevelopmenttrendsathomeandabroadofthosemodulesaresystematicallyreviewed；inaddition，powermanagementandenergystoragecircuitmodulearealsooverviewed，Finally，developingprospectsandtrendofmicrovibrationenergyharvestersareforecasted．Keywords：v

6、ibration；energyharvesting；powermanagement；curentdevelopment0引言动是环境中普遍的一种能量存在形式，微型振动能量采集随着微电子技术日趋发展成熟，微传感器、微执行器和器是通过转换自然界中广泛存在的振动能为电能实现全天可携带电子器件等微型机电系统不断推陈出新，广泛渗透候地为各种低功耗电子器件供电的供能装置，一般包括能与社会生产、生活各方面，特别在健康状况检测、环境监控量采集与能量储存两大模块。微机械振动能量采集器是可和野外、太空等恶劣环境下的监控系统等

7、方面得到了广泛自我维持的微电源，特别适用于物联网各节点和生物微纳应用。目前，微型电池常作为供电器件为这类低功耗无机电器件电源供给，具有广阔的发展前景。线系统提供电能，如，微型锂电池、温差电池和微型核电池1振动能量采集模块等。然而微型电池存在明显缺陷：1)储存能量和供能寿命目前，国内外研究者提出了不同的振动能量收集技术，有限，使用一段时间后需要更换或补充燃料，不利在恶劣条主要包括：电磁式、压电式、静电式、磁致伸缩式及复合件下或者偏远地区使用；2)受外界环境变化影响较大，不式能量采集技术。能很好地满足MEMS

8、器件发展要求；3)相对于微型传感器1．1电磁式振动能量模块来说其体积较大，使微传感器系统的小型化受到制约。因电磁式振动能量采集模块工作时遵循法拉第电磁感应此，新型能量采集技术成为微型传感器供能研究的一个重定律，通过改变磁通量的大小，利用回路中产生的感应电动要方向，并受到人们越来越多的关注。势获取电能。根据振动部件的不同可以分为动铁型、动圈能量采集是指收集环境中未利用的能源(光、热、风、型和铁圈同振型三类。机械振动等)并将其转换