基于微能量采集技术的无源物联网研究与应用

基于微能量采集技术设计一款无源、无线智能开关。微能量(光能)采集使用E-PEAS的AEM1094方案,蓝牙使用凌思微的LE5010方案。实验证明本文设计的无源、无线智能开关具备环境部署的便利性也拥有极高的可靠性和稳定性。

基于压电驻极体的微能量采集

综述了以压电驻极体换能器为核心部件的微能量采集研究,包括压电驻极体的基本物理原理和性能特点,以及该材料在微能量采集领域的应用研究.压电驻极体是具有微孔结构的驻极体材料,其压电效应是基体聚合物的驻极体性能和材料微孔机械结构协同作用的结果,是一类新型人工微结构柔性机电耦合材料.压电驻极体以强压电效应、柔韧、低密度、低声阻抗、薄膜型等为特征,是制备轻量化柔性传感器和机械能量采集器的理想换能材料.压电驻极体已被应用于振动能量采集器、人体运动能量采集器、以及声能采集器的研究中.根据压电驻极体膜受力方向的不同,可以将能量采集器的工作模式分为33模式和31模式两种.本文对基于压电驻极体的三类能量采集器的研究状况进行综述,并讨论未来的发展方向.

基于微机电系统的振动能量采集器件设计分析

微能量采集器中电容式采集器易与IC工艺集成,目前已知的传统电容式微能量采集器都需要外加电压,这在很大程度上限制电容式微能量采集器的实际使用。针对该问题,基于微机电系统工艺,提出功函数原理电容式微能量采集器,给出采用两种不同金属作为电容极板电极的采集器原理模型设计,并建立相应系统数学模型,计算大致悬臂梁长度的设置与范围,使用有限元模拟软件ANSYS进行进一步分析与优化设计。在此理论基础上设计出的新型振动能量采集器,可克服传统电容式微能量采集器需要外界提供电源这一缺点。

基于梯形压电悬臂梁的折线形结构振动能量采集装置

提出了一种用于环境振动能量收集的新型振动微能量采集装置。该装置由一个梯形悬臂梁与折线形结构复合组成:折线形结构包含两个分离的质量块,可提供较大的转动惯量,并在梯形悬臂梁的自由端产生弯矩;悬臂梁部分由梯形不锈钢基板与自制PZT-5压电陶瓷组成,其中PZT-5采用固态法制备,它的压电常数d_(33)为512 pC/N,平面机电耦合系数k_(p)为0.69。振动功率输出测量实验表明,通过选择两个质量块合适的质量比,可以使梯形悬臂梁的纵向应变分布趋向均匀,并且使得整体结构在不同振动模态下的输出表现更为优秀。

介质层对驻极体基能量采集器输出性能的影响

设计了一种以聚二甲基硅氧烷作为电容介质并同时用作弹性层的驻极体基微振动能量采集器。对双电容结构器件的测试结果表明:当振动强度为0.5 N、驻极体膜的表面电位为1 500 V、外接负载电阻为55 MΩ时,采集器的输出功率为29.1μW,是以空气为介质层时的2.7倍。采用LTC3588-1能量管理芯片,使用所制备的能量采集器,成功地实现了给无线发射模块的供电。

一种基于双极性驻极体的多气隙结构微振动能量采集器

为实现物联网的自驱动供电,本研究提出一种基于双极性驻极体的多气隙结构微振动能量采集器,驻极体材料为三明治型双极性复合驻极体膜.其基本结构单元为驻极体薄膜被放置在由微型弹簧支撑的两个振动电极中间所形成的双气隙结构.这种双气隙结构等同于两个对称的可变电容.利用驻极体所产生的静电场在电容中产生原始电势差,在振动激励下使电势差发生变化,实现电荷的流动,将振动能转变成电能.对能量采集器性能的测试结果表明,在振动频域30～180Hz范围内存在一个谐振频率和最大输出功率.最大输出功率与振动强度、气隙数、驻极体膜的面积和电场强度呈正相关.当振动强度为0.5N时,在负载电阻为55MΩ时,四气隙结构能量采集器在谐振频率97Hz处的最大输出功率达到了59.12μW.

移动互联网络时代MEMS技术的创新发展

微电子机械系统(MEMS)技术是半导体微电子学的创新,利用Si基集成电路的平面工艺从两维加工向三维加工发展,开创了MEMS新的领域。综述并分析了与信息产业以及移动网络相关的MEMS主流产品(加速度计、陀螺仪、微麦克风、数字微镜器件(DMD)、喷墨头和RF MEMS)的技术发展现状和趋势,同时预测了MEMS新兴产品(光滤波器、微小电子鼻、微扬声器、微超声器、微能量采集器和纳机电系统(NEMS))的科研现状和面临的技术挑战。从当前世界MEMS技术发展的特点(系统集成、与CMOS工艺结合走向标准加工、纳米制造与微米、纳米融合和多应用领域扩展)出发,结合国内MEMS技术发展的现状,提出我国MEMS技术发展的建议。