[实用新型]一种宽频压电式MEMS振动能量采集器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种能量采集装置，尤其涉及一种宽频压电式MEMS振动 能量采集器。

背景技术

随着无线传感网络的逐步发展，其应用已从军事防御普及到环境监测、交 通管理等社会各个领域。传感器网络节点是构建无线传感网络的基础，而无线 传感网络节点具有数量多、低功耗、分布复杂等特点，传统有线供电及电池供 电等方式不能满足无线传感网络节点的长期稳定供电需求。因此，新型供电方 法为解决无线传感网络节点长期稳定的供电问题提供了新的思路。

能量采集技术可以将环境中的振动能、光能、辐射能、热能等转化为电能， 将其储存在电容或电池等储能元件中，实现为无线传感网络节点供电。振动能 作为环境中普遍存在的一种能量，振动能量采集技术主要包括压电式、电磁式、 静电式和磁致伸缩式。电磁式能量采集器输出能量较小，且受到芯片尺寸限制； 静电式能量采集器由于需要外加电源，应用有限；磁致伸缩式能量采集器件的 理论模型和参数优化尚未形成完整体系，目前仍处于尝试探索阶段。相对于其 他方式，基于压电效应的振动能量采集装置具有结构相对简单、高能量密度、 无电磁干扰、且不需要额外电源供电等优点，成为了振动能量采集领域的研究 重点。

而当前基于压电式的MEMS振动能量采集器还存在工作频带窄、输出功率 低、谐振频率高等缺点，难以满足实际应用需求。基于此，本实用新型提出了 一种宽频响应的压电式MEMS振动能量采集器，以解决现有MEMS能量采集器 件谐振频率高、输出功率低、工作频率范围窄等问题。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有MEMS振动能量采集器谐振频率高、输出能量低、 工作频率范围窄的问题，提出了一种宽频压电式MEMS振动能量采集器，以悬 臂梁-质量块基础结构为基本芯片单元的多芯片阵列化集成器件。

本实用新型的宽频压电式MEMS振动能量采集器，包括外围基底以及若干 集成在所述外围基底上串联输出、谐振频率接近的基础芯片，所述基础芯片包 括框架、一端分别与所述框架内表面连接的若干悬臂梁、以及由各所述悬臂梁 另一端支撑的质量块，各所述悬臂梁均包括两相串联的压电振子。

进一步的，所述悬臂梁包括压电层、覆盖在所述压电层上表面且断开的上 电极层、以及覆盖在所述压电层下表面的下电极层以构成两相串联的所述压电 振子。

进一步的，所述框架内表面至少连接有四个均匀分布的所述悬臂梁。

进一步的，所述外围基底上设有若干外接引线键合焊盘，所述上电极层与 所述下电极层与所述外接引线键合焊盘之间均连接有引线。

进一步的，所述压电层为PZT压电薄膜。

进一步的，所述外围基底上集成有四个阵列分布的所述基础芯片。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

1、基于PZT压电薄膜压电效应的悬臂梁-质量块结构的基础芯片，有效增 大器件的输出能量，具有易与环境产生共振的特点；

2、采用谐振频率相近的多基础芯片阵列组合可在较宽的频带范围内响应且 均有较大能量输出，具有工作频带宽、输出能量高的特点。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新 型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实 施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本实用新型的结构俯视图；

图2为本实用新型的基础芯片立体结构示意图；

图3为本实用新型的基础芯片平面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。 以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。