[發(fā)明專利]一種基于橋架式MPEG的微型自供能裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811210562.3
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109217730A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 柳長昕;葉文祥;唐碩;張書赫;黃海國;李斌;宮郅良;范藝諾;李方明;趙聰;潘新祥
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨

本發(fā)明提供一種基于橋架式MPEG的微型自供能裝置，其特征在于，包括：具有硅基的壓電結(jié)構和通過耦合橋架耦合到壓電結(jié)構下方的用于容納檢驗質(zhì)量塊的框架；壓電結(jié)構包括硅基、置于硅基上的上電極和下電極以及夾在上電極和下電極之間的產(chǎn)生電能的壓電膜；框架具有預設尺寸的開口腔，檢驗質(zhì)量塊位于開口腔內(nèi)通過耦合橋架耦合到硅基底面；微型自供能裝置還包括分別與上電極和下電極連接的上電極墊和下電極墊，上電極墊和下電極墊通過細導線連接到框架的導線引出部上將電能輸送到自供能裝置外的外接設備上。本發(fā)明通過壓電膜響應機械應變而產(chǎn)生電能以及檢驗質(zhì)量塊控制對振動頻率的響應，有效利用外部振動產(chǎn)生電能，具有結(jié)構簡單，實用性強等優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及自供能技術領域，具體而言，尤其涉及一種基于橋架式MPEG的微型自供能裝置，該裝置利用振動產(chǎn)生電能，可為微型用電設備，如微型傳感器等提供能源。

背景技術

無線傳感器網(wǎng)絡是由大量部署在作用區(qū)域內(nèi)的利用無線通訊互相連接的大量傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)絡系統(tǒng)。隨著傳感器技術、無線通訊技術、微電子技術和嵌入式應用技術的日趨成熟，無線傳感器網(wǎng)絡迅速發(fā)展。利用無線傳感器網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)對所部署區(qū)域內(nèi)的物理狀況、環(huán)境狀況、生物信息等的監(jiān)測。由于無線傳感器網(wǎng)絡可以快速部署，并且有自組織，高容錯率和強隱蔽性的優(yōu)點，無線傳感器網(wǎng)絡可適用于海洋探測、環(huán)境監(jiān)測、船舶監(jiān)測等應用場合。

目前使用的無線傳感器網(wǎng)絡主要是使用電池作為電源來工作的，由于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點具有體積小、數(shù)量眾多、分布范圍廣泛、工作環(huán)境復雜的特點，通過定期更換電池來維持傳感器網(wǎng)絡的持續(xù)工作并不現(xiàn)實，因此，電池的續(xù)航能力成為限制無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點工作壽命的主要因素。通常，需要定期更換傳感器的電池，以便傳感器能夠維持正常工作，更換傳感器電池的過程中，整個傳感器需要重新拆卸連接，從而導致修理成本高、電池壽命縮短、高溫和環(huán)境污染等問題。

另外，隨著醫(yī)學的發(fā)展，心臟起搏器、人工耳蝸以及生物傳感器等植入體內(nèi)的醫(yī)療設備被廣泛應用于醫(yī)療領域，并逐漸開始應用于疾病的檢測和預防。一般這些醫(yī)療設備也是使用電池供電的，電池的容量成為限制這些醫(yī)療設備壽命的主要因素。在電池電量用盡之后，只能通過手術的方式對設備進行更換。這種方式提高了醫(yī)療設備使用成本的同時也增加了使用風險。因此，近年來，社會各界對自供能傳感器的需求不斷增加。

目前，微型自供能裝置的供能方式主要有太陽能發(fā)電、溫差發(fā)電、壓電發(fā)電、化學能電池和燃料電池。利用化學能電池和燃料電池一次性供電電池壽命短，而利用太陽能、溫差、振動能等環(huán)境能為微系統(tǒng)提供能量可以實現(xiàn)長期供電，具有功率密度不隨時間的長短而發(fā)生變化的特點。利用環(huán)境中的余熱或廢熱造成的溫度差以及環(huán)境中的機械能(如振動、沖擊、旋轉(zhuǎn)力、慣性力、壓力和流體流動)，可以分別采用熱電材料和壓電材料在不使用外部電源的情況下實現(xiàn)簡單的能量轉(zhuǎn)換結(jié)構，為微型傳感器節(jié)點供電。

綜上，有必要提供一種微型壓電發(fā)電裝置在振動環(huán)境中可以發(fā)揮顯著效果。船舶在正常航行時，船舶內(nèi)部具有較多高頻振動部件，如甲板、柴油機、空調(diào)系統(tǒng)、分油機等，可為MPEG裝置提供充足的振動源。高頻振動部件可為微型壓電發(fā)電裝置提供充足的振動源。隨著船舶工業(yè)4.0的推近，微型壓電發(fā)電裝置可為智能船舶上布置的微型傳感器網(wǎng)絡節(jié)點提供電能，促進無人船舶的早日實現(xiàn)，推動我國海洋強國戰(zhàn)略的進一步實施。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)上述提出傳感器或小型醫(yī)用器械由于更換電池而導致的拆卸繁復，修理成本高，亦或者在高溫條件下存在環(huán)境污染等技術問題，而提供一種基于橋架式MPEG的微型自供能裝置。本發(fā)明主要利用在具有硅基的壓電結(jié)構下方，通過耦合橋架將檢驗質(zhì)量塊耦合在硅基底面，同時耦合有用于容納檢驗質(zhì)量塊的框架。壓電結(jié)構的壓電膜用于響應機械應變的變化而產(chǎn)生電能，檢驗質(zhì)量塊用于控制振動頻率的響應特性，從而有效利用外部振動產(chǎn)生電能。

本發(fā)明采用的技術手段如下：

一種基于橋架式MPEG的微型自供能裝置，其特征在于，包括：具有硅基的壓電結(jié)構和通過耦合橋架耦合到所述壓電結(jié)構下方的、用于容納檢驗質(zhì)量塊的框架；