[发明专利]一种振动能量收集器件

说明书

技术领域

本发明涉及能量收集领域，更具体地，涉及一种振动能量收集器件。

背景技术

由于压电材料可以将压力和电压信号进行互相转换，因此压电材料广泛应用在超声检测、声纳探测、振荡器等领域。压电材料在进行能量转化的时候，不产生任何有害物质。因此，利用压电材料作为媒介对振动能量进行回收，不仅可以提高能源的利用率，还具有绿色无害的优点。

发明内容

本发明提供了一种振动能量收集器件，该器件能将振动能量转化为电能，并存储在充电单元中。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种振动能量收集器件，包括薄膜晶体管、压电材料和充电单元，其中压电材料作为底部栅极与薄膜晶体管的底部介电层接触，充电单元与薄膜晶体管的源极连接。

上述方案中，当压电材料受到振动源施加的压力时，压电材料会产生感应电压作用于薄膜晶体管，使薄膜晶体管的源极产生感应电流，产生的感应电流存储在充电单元中。

优选地，所述收集器件还有整流的功能，其具体的技术方案如下：薄膜晶体管的栅极、漏极与底部栅极连接。

优选地，所述整流的功能也可通过整流电路实现，整流电路分别与充电单元、薄膜晶体管的源极连接。

优选地，所述整流电路为单晶体管整流电路。

优选地，所述充电单元包括超级电容器和薄膜电池，薄膜电池、超级电容器的一端与薄膜晶体管的源极连接，薄膜电池、超级电容器的另一端接地。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提供的振动能量收集器件，利用压电材料作为媒介对振动能量进行回收，并将回收的能量存储在充电单元中，该器件可以提高能源的利用率；同时由于在进行能量转换的过程中，不产生任何有害物质，因此该器件具有绿色无害的优点。

附图说明

图1为薄膜晶体管与压电材料连接示意图。

图2为振动能量收集器件的等效电路示意图。

图3为仿真的实验结果示意图。

图4为用于人体健康监控时的器件电路示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。                                

实施例1

本发明将压电材料和薄膜晶体管M1集成在一起，形成一个集振动能量收集和电源管理于一体的能量收集器件。如图1、图2所示，该器件包括薄膜晶体管M1、压电材料和充电单元，其中压电材料作为底部栅极与薄膜晶体管M1的底部介电层接触，充电单元与薄膜晶体管M1的源极连接。其中压电材料优选压电薄膜，如PVDF等。

上述方案中，压电材料等效于一个脉冲电源S1，当压电材料受到振动源施加的压力时，压电材料会产生感应电压作用于薄膜晶体管M1，使薄膜晶体管M1的源极产生感应电流，产生的感应电流存储在充电单元中。

同时，收集器件还有整流的功能，其具体的技术方案如下：薄膜晶体管M1的栅极、漏极与底部栅极连接。

作为一种优选方案，整流的功能也可通过单晶体管整流电路实现，单晶体管整流电路分别与充电单元、薄膜晶体管M1的源极连接。

本实施中，充电单元包括超级电容器C1和薄膜电池E1，薄膜电池E1、超级电容器C1的一端与薄膜晶体管M1的源极连接，薄膜电池E1、超级电容器C1的另一端接地。

在使用本器件对振动能量进行回收的时候，首先需要将器件的压电材料与振动源接触，使振动源能施加压力在压电材料上。同时该器件可以涉及成柔性的，这样器件与振动源的贴合更加的方便。譬如，创可贴式的器件可以令压电材料与人体脉搏紧贴，利用脉搏的跳动产生压力来使压电材料发电。

本实施例中还进行了具体的仿真分析，其结果如图3所示。仿真时，我们使用120Hz脉搏压力所产生的400mV感应电压驱动该器件，经过阈值电压为200mV的薄膜晶体管M1和10uF的超级电容器C1整流以后，可以得到200mV左右的锯刺波状直流输出，电压转换效率和整流后的输出效率可以进一步通过优化器件设计得以进一步地提高。

如图4所述，该器件还可用于人体脉搏或心率监控，甚至可以通过左右手或左右颈部脉搏的不同监控血压变化情况，此时该器件不对感应电流进行整流，而是将经过积分电路的感应电流通过无线传输技术传送至终端，实现个人健康信息的采集和处理。