[发明专利]基于铁磁悬臂梁的低振动阈值监控二级能量采集器

说明书

本发明提供一种基于铁磁悬臂梁的低振动阈值监控二级能量采集器，包括固定架，及固定在固定架内的第一级低频振子和第二级高频振子；第一级低频振子包括：第一端固定在固定架一侧，第二端为自由端的第一悬臂梁；位于第一悬臂梁第二端第一表面的永磁体；位于第一悬臂梁第二端第二表面或永磁体上表面的质量块；第二级高频振子包括：第一端固定在固定架另一侧，第二端为自由端的第二悬臂梁；位于第二悬臂梁第一表面的压电薄膜；其中，第一、第二悬臂梁为铁磁悬臂梁，且第一悬臂梁的第二端和第二悬臂梁的第二端之间设有预设距离。通过本发明所述的二级能量采集器，解决了现有技术中二级能量采集器功能单一、以及感应小振幅、低加速度振动效率低的问题。

技术领域

本发明属于微机械传感器领域，特别是涉及一种基于铁磁悬臂梁的低振动阈值监控二级能量采集器。

背景技术

目前，随着物联网技术的发展，越来越多的电子设备被接入网络中。而无线传感节点具有布设方便(便携性)、独立工作等优点，被广泛运用在可穿戴电子消费品、建筑物健康监控和智能城市等领域中，以获取关键监控信息或者海量的数据。

无线传感节点通常包含电源模块、控制器模块(MCU)、传感模块和无线通信模块，这些模块中控制器模块和传感模块需要频繁工作，才能降低遗漏监控信息的可能性，提高节点的可靠性，这就增加了电池的电能损耗。因此，电池寿命短、更换电池不便等问题是制约传统无线传感节点快速发展的重要原因。

随着器件功耗的不断降低，基于振动能量采集器的无源无线传感节点能够克服电池供电的许多问题，实现长期工作。这类传感节点中的能量采集器通过压电效应、电磁感应效应、静电感应或摩擦起电效应，把机械能转换成电能。但是，这类能量采集器普遍采用的线性悬臂梁结构，存在频率响应不够宽、低频特性不够好等问题。

为了克服能量采集器的低频宽带性能上的不足，能量采集器开始采用二级结构，其中第一级结构感应环境振动，通过接触或非接触的方法激发第二级结构振动，第二级结构具有发电功能。如中国专利中公开号为CN201310234498的专利，公开了一种二级振动式宽频带能量采集器，包括了两个尖端磁耦合的悬臂梁，利用非线性效应和两悬臂梁谐振频率的叠加，拓宽了频率响应范围；同时，该结构具有振动幅度阈值驱动发电的功能，只有外界振动幅度到达阈值，器件才能被触发，进入发电状态，否则处于休眠状态。其中，该阈值可以通过改变磁铁间距来设定。但是，通常环境的振动加速度小于1g(g＝9.8m/s2)，即振动阈值小于1g，例如手臂摆动和桥梁振动。在这样的应用中，二级能量采集器的磁铁相互耦合作用力不能太强，而两个磁铁间磁力相互作用减弱之后，磁力的空间变化变平缓，这就造成第二级悬臂梁在触发后谐振的效果不理想，发电效率较低。因此该结构不利于应用在小振幅、低阈值振动监控中，而且改变磁铁间距会影响耦合作用力的极值，使得不同振动阈值的能量输出变化较大。

鉴于此，有必要设计一种新的基于铁磁悬臂梁的低振动阈值监控二级能量采集器用以解决此问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于铁磁悬臂梁的低振动阈值监控二级能量采集器，用于解决现有技术中二级能量采集器功能单一、以及感应小振幅、低加速度振动效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于铁磁悬臂梁的低振动阈值监控二级能量采集器，所述二级能量采集器包括固定架，以及固定在所述固定架内的第一级低频振子和第二级高频振子；

所述第一级低频振子包括：

第一悬臂梁，所述第一悬臂梁的第一端固定在所述固定架的一侧，所述第一悬臂梁的第二端为自由端；

永磁体，所述永磁体位于所述第一悬臂梁第二端的第一表面；

质量块，所述质量块位于所述第一悬臂梁第二端的第二表面或所述永磁体的上表面；

所述第二级高频振子包括：