[發明專利]振動幅度閾值驅動發電的能量采集器及傳感器

有效

• 申請號: 201410250499.1
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN105226992B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 李昕欣;唐翹楚
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明屬于微機械傳感器領域，涉及一種振動幅度閾值驅動發電的能量采集器及傳感器。

背景技術

“事件驅動(event-driven)”機制是無線傳感網部署中的重要技術。所謂事件驅動，是指僅在某些特定事件(例如地震、火災、溫度/濕度等達到某一閾值)發生時，傳感器才被喚醒進行數據傳輸工作，在其他時刻則保持低功耗休眠狀態[S.Tilak,N.B.Abu-Ghazaleh and W.Heinzelman."A taxonomy of wireless micro-sensor network models."ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review6,no.2(2002):28-36.]。這一機制對于有效利用能源、延長傳感網壽命、降低使用成本等有著重要意義。通常意義上的事件驅動是在網絡的媒質接入控制(MAC)層進行的，通過MAC協議調度傳感網的各個節點[I.Demirkol,C.Ersoy and F.Alagoz."MAC protocols for wireless sensor networks:a survey."Communications Magazine,IEEE44,no.4(2006):115-121.]。實際上，事件驅動機制對于無線傳感網的物理層也有重要意義。所謂“事件”，指的就是“一個變量值的變化”[K.M,Chandy,B.E.Aydemir,E.M.Karpilovsky D.M.Zimmerman."Event-driven architectures for distributed crisis management."Computer Science256(2003):80]。在傳感器的物理層，我們關心的就是一些關鍵物理量的變化，例如地震一定會引起加速度的巨大變化，火災則會引起溫度的顯著變化。這些變化完全可以用于在物理層對傳感器進行喚醒，從而進一步減少傳感網的能量和網絡資源消耗，提高工作效率。更進一步，這些物理量的變化(震動/加速度突變、溫度升高)也蘊含著可觀的能量，這就為將能量采集和傳感功能實現在同一個器件上提供了可能性。這一思路在國際上得到了初步探索。日本國立產業技術綜合研究所(AIST)的Itoh等開發出一種直接數字輸出的壓電式加速度傳感器，用于探測禽流感導致的家禽運動狀態異常[T.Itoh,T.Kobayashi,H.Okada,T.Masuda and T.Suga."A digital output piezoelectric accelerometer for ultra-low power wireless sensor node."In Sensors,2008IEEE,pp.542-545.IEEE,2008]。該傳感器在一個懸臂梁結構上制作了多個壓電條，每個壓電條后級連接閾值電壓不同的CMOS開關，因此檢測到不同加速度時，開啟的是不同數目的CMOS開關，從而實現直接數字輸出而不需要模數轉換電路。加速度傳感器本身并不需要電源，但是后級電路仍需要靠電池供電，并沒有完全實現自供能。