宽带压电能量采集器的结构优化设计文献综述
2020-05-05 17:12:00
文 献 综 述 1. 前言 随着微机电系统(MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)低耗能产品的应用日益广泛和新型材料的飞速发展,振动能量转换技术成为许多学者关注的热点。
基于谐振原理的压电振动能量采集器技术因其结构相对简单,能量转换效率较高,且容易集成于微系统而备受青睐[1]。
由于周围环境中的振动具有加速度幅值小,固有频率低(0-200Hz范围内)的特点,并且是多个振动相互作用的结果,因此一般情况下具有宽频带特性[2]。
然而,一般的压电能量采集器的工作带宽较窄,限制了其应用,因而需要进行带宽拓展。
本课题兼顾宽工作频带的需求,对一般的压电能量采集器进行结构优化设计。
1.1研究背景及意义 在信息和科技快速发展的社会,能源和能量的采集重要性不言而喻。
随着半导体集成电路制造技术与超精密微细加工技术的不断进步,无线传感器网络、嵌入式系统等领域的微型化趋势日益明晰,且系统功耗不断降低,并广泛应用于人体健康检测系统、嵌入式系统、环境控制系统、军事安全应用系统和野外动物跟踪、环境监测等多个领域[3]。
然而,对于应用在生物体内、野外环境等特殊领域的无线传感器件的能源供给而言,传统的化学能源存在固有的供能缺陷,如一般化学电池体积大、质量大、供能寿命有限而需要定期更换以及存在环境污染等[4]。
新型核电池虽然供电寿命长且一般体积较小,但仍具有一定放射性,需要特殊的防护措施。
因此,获得长期甚至无限生命周期的自主供电系统,取代传统电池为微机电系统(MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)和低功耗的无线传感网络节点供电已成为微纳电子技术发展亟待解决的问题之一[5]。