[發(fā)明專利]物聯(lián)網(wǎng)射頻收發(fā)組件固支魚刺梁振動(dòng)電磁自供電微傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410058498.7
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103818869A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖小平;吳昊
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81B3/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出了物聯(lián)網(wǎng)射頻收發(fā)組件固支魚刺梁振動(dòng)/電磁自供電微傳感器，屬于射頻微電子機(jī)械系統(tǒng)（RF?MEMS）的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物等通過新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，為人們生活帶來便利的同時(shí)，也對科學(xué)技術(shù)不斷地提出挑戰(zhàn)。雖然當(dāng)前各種傳感器的微電子產(chǎn)品在小尺寸、低能耗上取得了巨大的進(jìn)展，但是與之相應(yīng)的微型能源技術(shù)的發(fā)展卻相對滯后。自供電微傳感器是一種把周圍環(huán)境存在的能量的一種或多種收集起來轉(zhuǎn)換為電能，然后直接給電子器件供電或者存儲(chǔ)在電容器等儲(chǔ)能器件中的器件。在射頻收發(fā)組件的環(huán)境中，不可避免的會(huì)有一些雜散波，而且另一方面振動(dòng)是環(huán)境中普遍存在的一種能量形式，采集這些未被利用的能量完全可以讓射頻收發(fā)組件中功耗較低的電子器件正常工作。通過收集振動(dòng)和電磁波的能量，可以提高射頻收發(fā)組件的電磁兼容性，抑制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抖動(dòng)并解決射頻收發(fā)組件中小功率器件的自供電問題。得益于微功耗集成電路技術(shù)和MEMS技術(shù)的進(jìn)步，近年來興起的能量收集自供電技術(shù)為解決以上問題提供了參考，使得可以將基于MEMS技術(shù)的自供電微傳感器集成到射頻收發(fā)組件中，從而使利用MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)射頻收發(fā)組件固支魚刺梁振動(dòng)/電磁自供電微傳感器成為可能。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種物聯(lián)網(wǎng)射頻收發(fā)組件固支魚刺梁振動(dòng)電磁自供電微傳感器，由于天線收集了射頻收發(fā)組件中的雜散波能量，減小了對系統(tǒng)的電磁干擾，提高了射頻收發(fā)組件的電磁兼容性。而振動(dòng)能量被吸收了一部分，就抑制了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抖動(dòng)，提高了射頻收發(fā)組件的可靠性。同時(shí)自供電微傳感器的振動(dòng)也使得其中天線的接收方向有所改變，可以增強(qiáng)電磁能量收集的效率，提高自供電微傳感器的效率。

技術(shù)方案：該自供電微傳感器主要由一個(gè)固支梁、三對制作在固支梁兩側(cè)的中間一對較長而兩邊兩對較短且等長的懸臂梁以及外圍的整流電路、大電容和穩(wěn)壓電路組成。其中在固支梁兩頭根部的上表面和三對懸臂梁的上表面各有一個(gè)具有上下電極板的壓電薄膜作為振動(dòng)能量收集結(jié)構(gòu)，在固支梁和三對懸臂梁的下表面有雙極子天線作為電磁能量收集結(jié)構(gòu)，將振動(dòng)/電磁能量收集后把儲(chǔ)存的直流電壓通過穩(wěn)壓電路，就可以獲得穩(wěn)定的直流電壓，可以將自供電微傳感器獲得的穩(wěn)定電壓輸出提供給物聯(lián)網(wǎng)射頻收發(fā)組件中的低功耗器件，從而解決射頻收發(fā)組件中小功率器件的自供電問題。

本發(fā)明的物聯(lián)網(wǎng)射頻收發(fā)組件固支魚刺梁振動(dòng)電磁自供電微傳感器，其特征在于該微傳感器以砷化鎵襯底為襯底，一個(gè)固支梁兩端的固支梁錨區(qū)氮化硅分別固定在砷化鎵襯底上，在固支梁上的兩側(cè)分別設(shè)有三對懸臂梁，該懸臂梁的中間一對較長，而兩邊兩對較短且等長，外圍設(shè)有整流電路、第一大電容,第二大電容、第一穩(wěn)壓電路和第二穩(wěn)壓電路；其中在固支梁兩頭根部的上表面設(shè)有具有上下電極板的壓電薄膜作為固支梁振動(dòng)能量收集結(jié)構(gòu)，在三對懸臂梁的上表面各設(shè)有一個(gè)具有上下電極板的壓電薄膜作為懸臂梁振動(dòng)能量收集結(jié)構(gòu)，在固支梁和三對懸臂梁的下表面設(shè)有雙極子天線作為電磁能量收集結(jié)構(gòu)；對于固支梁根部和三對懸臂梁上的振動(dòng)能量收集結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)具有三種不同固有諧振頻率的梁，從而實(shí)現(xiàn)較寬頻帶范圍的振動(dòng)能量的收集，同時(shí)抑制了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抖動(dòng)。

固支梁的錨區(qū)的材料是氮化硅。固支梁有壓電薄膜的部分和三對懸臂梁都可以分為五層。最底層是做的雙極子天線，其材料是金。在此之上的一層是由氮化硅構(gòu)成的，在氮化硅層之上附有壓電材料層，并且壓電材料的上表面和下表面均有金層與其接觸作為電壓輸出的上下兩個(gè)電極板。固支梁上沒有壓電薄膜的部分只有三層，下兩層和有壓電薄膜的部分一樣，最上層材料是金，主要起連接壓電薄膜上下表面極板的作用，每個(gè)壓電材料層的上下兩個(gè)極板都通過固支梁的最上層依次以串聯(lián)的方式相連。所有壓電材料層串聯(lián)后的總輸出連接到外圍的大電容和穩(wěn)壓電路。而雙極子天線最后的輸出連接到外圍的整流電路后，再與大電容和穩(wěn)壓電路相接。