[發明專利]壓電超聲振動能量采集器

在審

• 申請號: 201610151978.7
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105656349A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 王光慶
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 杜立

技術領域

本發明屬于微機電系統和微能源技術領域，具體涉及一種壓電超聲振動能量采集器，突破了目前壓電能量采集器只局限于采集低頻振動能量的工作范圍。

背景技術

壓電振動能量采集器是一種利用壓電陶瓷的正壓電效應采集環境中的振動能量的微機電器件，在無線傳感器網絡節點自供電系統中具有較好的應用前景。目前，國內外涉及壓電振動能量采集器的專利大多集中在采集低頻范圍內的振動能量，主要是因為環境中的振動能量以低頻振動為主。如，中國發明專利201510027934.9提出了一種微型壓電和電容復合振動能量采集器；中國發明專利201210149507.4提出了一種多頻段壓電振動能量收集器；中國發明專利200910195782.8提出了一種基于雙穩態升頻結構的微型寬頻壓電振動能量采集器。但環境中還存在豐富的高頻振動甚至超聲頻域的振動能量，如高速旋轉的機床轉軸、超聲驅動的機電器件等，采集高頻甚至超聲頻域的振動能量為工作在這些頻段內的微機電器件提供電能是非常有意義的。為此，本發明提出一種壓電超聲振動能量采集器。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種壓電超聲振動能量采集器，突破了目前壓電振動能量采集器只局限于采集低頻振動能量的工作范圍。

本發明采用的實施方案是：

壓電超聲振動能量采集器，所述壓電超聲振動能量采集器則具有超聲振動產生和超聲振動能量采集兩種功能；可以用于采集超聲頻域的振動能量。

進一步的，所述壓電超聲振動能量采集器由壓電超聲振動產生模塊和壓電超聲振動能量采集模塊組成。

進一步的，所述壓電超聲振動產生模塊由環形激勵壓電陶瓷和環形金屬彈性體組成；所述的壓電超聲振動能量采集模塊由環形壓電采集陶瓷組成，所述的環形激勵壓電陶瓷和環形采集壓電陶瓷通過高溫固化后，分別粘結在環形金屬彈性體的底部和頂部外圈；所述的環形金屬彈性體安裝固定在基座上。

進一步的，所述環形激勵壓電陶瓷極化分區成A、B兩組，每組由8個小扇區組成，相鄰兩個扇區的極化方向相反，A、B兩組在空間上相差90o，即λ/4。

進一步的，所述環形金屬彈性體頂部內圈沿圓周方向均勻切割若干齒。

進一步的，所述的環形采集壓電陶瓷極化分區成18個扇區，相鄰兩個扇區的極化方向相反。

進一步的，當給環形激勵壓電陶瓷施加一個相位差為90o的高頻激勵電壓，所述環形金屬彈性體將產生超聲振動，該振動使環形采集壓電陶瓷產生彎曲變形，并在其變表面感應出電荷，從而實現超聲振動能量的采集。

附圖說明

圖1是本發明的壓電超聲振動能量采集器結構示意圖。

圖2是本發明的壓電超聲振動能量采集器結構俯視圖。

圖3是本發明中環形激勵壓電陶瓷極化分區示意圖。

圖4是本發明中環形采集壓電陶瓷極化分區示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1、2、3、4所示，本發明的的壓電超聲振動能量采集器由壓電超聲振動產生模塊和壓電超聲振動能量采集模塊組成，所述的壓電超聲振動產生模塊由環形激勵壓電陶瓷1和環形金屬彈性體2組成；所述的壓電超聲振動能量采集模塊由環形壓電采集陶瓷3組成；所述的環形激勵壓電陶瓷1極化分區成A、B兩組，每組由8個小扇區組成，相鄰兩個扇區的極化方向相反（如圖3中“+”和“—”所示），A、B兩組在空間上相差90o，即λ/4，如圖3所示。所述的環形金屬彈性體2頂部內圈沿圓周方向均勻切割若干齒4。所述的環形采集壓電陶瓷3極化分區成18個扇區，相鄰兩個扇區的極化方向相反，如圖4所示；所述的環形激勵壓電陶瓷1和環形采集壓電陶瓷3通過高溫固化后，分別粘結在環形金屬彈性體2的底部和頂部外圈，形成壓電超聲振動能量采集器；所述的環形金屬彈性體2通過4個螺釘孔安裝固定在基座上。當給環形激勵壓電陶瓷1施加一個相位差為90o的高頻激勵電壓，所述環形金屬彈性體2將產生超聲振動，該振動使環形采集壓電陶瓷3產生彎曲變形，并在其變表面感應出電荷，從而實現超聲振動能量的采集。