[發明專利]一種無源無線壓電傳感器及無源監測系統

有效

• 申請號: 202011007461.3
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112284354B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 詹姆斯·劉
• 申請（專利權）人: 北京致感致聯科技有限公司
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01L1/16;G01L9/08;G08C17/02;H02N2/18
• 代理公司: 北京鍾維聯合知識產權代理有限公司 11579
• 代理人: 安娜

本公開披露一種無源無線壓電傳感器及無源監測系統，該無源無線壓電傳感器包括：汲能監測組件、壓電換能器件及無線通信組件；其中：所述汲能監測組件用于汲取來自液體任意方向的動能及檢測液體運動狀態；所述壓電換能器件與所述汲能監測組件及所述無線通信組件連接，用于將所述動能轉化為電能并輸出；所述無線通信組件用于接收所述電能，并將所述汲能監測組件檢測到的所述液體運動狀態信息作為無線信號發出。通過實施本公開披露的技術方案，該無源無線壓電傳感器可實現在液體環境下長期持續的自供電，且體積小，結構簡單，造價成本低。

技術領域

本公開涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種無源無線壓電傳感器及無源監測系統。

背景技術

隨著對海洋、河流、湖泊等水域資源越來越深入的研究，對其內部多變的復雜環境的準確探測的需求也越來也強烈。目前，海洋監測傳感器在海洋調查、海洋科學研究等方面有巨大的應用。例如，海洋環境保護、資源保護與管理、災害監測、海洋工程、海上生產作業、海洋軍事、水下安全闖入監測等都依靠海洋監測傳感器網絡實現。另外，汽油運輸的油罐車內部的汽油波動過度，也容易產生燃燒爆炸。有效監測油罐車油液表面的波動，也可以減少油液的揮發導致的增壓和燃爆風險。

一般來講，海洋監測傳感器網絡可包括兩部分，即：部署在海面上的無線傳感器網絡、以及部署在水面下的水下傳感器網絡。其中：

1)水面無線傳感器網絡使用無線電波進行通信和組網，可用來監測風向、波高、潮汐、水溫、光照、水質污染等與海洋相關的信息，并負責與水下傳感器網絡的信息傳輸等；

2)水下傳感器網絡目前主要利用水聲實現通信和組網，一般使用電池供電，水下節點發送信息耗能比接收信息耗能往往大幾十倍甚至上百倍，能量的均衡消耗直接影響著水下監測網絡的生存期。

然而，傳感器位置的不可接近性，可能使得服務人員難以接近和更換傳感器中的電池。此外，傳感器的位置可能使它們經受惡劣的環境條件，例如高溫、振動、電磁力、塵污、及雨雪等。因此，因電池故障或長時間暴露在惡劣環境條件下，而導致的傳感器損壞或故障會增加運營成本，也非常不利于海洋環境情況的監測，所以實現傳感器的持續供電，是行業內亟待解決的重要問題。

發明內容

有鑒于此，本公開提供一種無源無線壓電傳感器及無源監測系統，可實現可實現在液體環境下長期持續的自供電，且該無源無線壓電傳感器體積小，結構簡單，成本低，至少部分解決現有技術中存在的問題。

為解決上述技術問題，本公開披露一種無源無線壓電傳感器，該無源無線壓電傳感器包括：汲能監測組件、壓電換能器件及無線通信組件；其中：所述汲能監測組件用于汲取來自液體任意方向的動能及檢測液體運動狀態；所述壓電換能器件與所述汲能監測組件及所述無線通信組件連接，用于將所述動能轉化為電能并輸出；所述無線通信組件用于接收所述電能，并將所述汲能監測組件檢測到的所述液體運動狀態信息作為無線信號發出。

可選的是，所述汲能監測組件進一步包括：連接球體、橫向汲能監測元件、縱向汲能監測元件及液下汲能監測元件；所述橫向汲能監測元件、所述縱向汲能監測元件及所述液下汲能監測元件分別與所述連接球體連接；其中：所述橫向汲能監測元件，與液面水平方向垂直設置，隨液體水平方向流動產生彎曲形變，用于汲取水平方向上液體流動的動能，并監測液體水平方向上流動的流速和方向；縱向汲能監測元件，與液面水平方向平行設置，隨液體上下方向流動產生彎曲形變，用于汲取豎直方向上液體流動的動能，并監測液體豎直方向上流動的流速和方向；液下汲能監測元件，縱向設置于液體內部，用于汲取液體內部流動的動能，并監測液體內部的流速和流向。

可選地，所述橫向汲能監測元件進一步包括：第一橫向汲能監測元件和第二橫向汲能監測元件，所述第一橫向汲能監測元件和所述第二橫向汲能監測元件在同一平面內成角度設置；和/或，所述縱向汲能監測元件進一步包括：第一縱向汲能監測元件和第二縱向汲能監測元件，所述第一縱向汲能監測元件和所述第二縱向汲能監測元件在同一平面內成角度設置。