[发明专利]一种压电陶瓷能量采集器

说明书

本申请公开了一种压电陶瓷能量采集器，该压电陶瓷能量采集器的振动基板呈叉指式结构，它由两个参数不同的二自由度结构组成。第一L型副梁的第一延伸梁和多个第一振动梁构成一个二自由度直角型振子，第二L型副梁的第二延伸梁和多个第二振动梁构成另一个二自由度直角型振子。两个二自由度直角型振子叠加作用于主梁上，有利于压电陶瓷能量采集器各阶谐振频率降低、谐振频率间距缩短，能够很好地与低频多源的振动环境相匹配，更好地实现宽频效果。

技术领域

本申请涉及能量采集设备领域，特别涉及一种压电陶瓷能量采集器。

背景技术

一些应用蓝牙技术的电子器件功耗一般为毫瓦级，能够对所处环境信号进行实时感知、采集和检测，因此被广泛地应用于民用、工业和军事等领域。这些电子器件往往在苛刻的环境条件下工作、如各种建筑、江河湖泊、公路桥梁、人体内部等人类难以接近的野外环境或生物体内。这对供能器件的工作环境、体积、成本及寿命等条件均提出了很高的要求。为了长时间甚至永久性地为无线传感网络节点等低功耗电子设备供电，人们开始研究如何从这些电子设备周围环境中采集其他形式的能量并将其转换成电能的能量采集设备，比如压电陶瓷能量采集器。

压电陶瓷能量采集器基于压电材料的压电效应，在环境振动的激励下，器件中的压电层产生应变在表面产生极化电荷，从而将环境振动的机械能转换成了所需要的电能。

环境振动源具有频率低、加速度小的特点，且大多数的环境振动是由多个环境振动源相互作用的结果，故而又具有多振动源的特点。传统的压电陶瓷能量采集器如最常见的悬臂梁结构压电陶瓷能量采集器，其工作频率就被固定在了一个较高的谐振频率点上，且有效工作频带也被局限在了较窄的频带范围内，所以有效工作频带带宽较窄。外部环境的振动频率一旦偏离压电陶瓷能量采集器的谐振频率时，其输出电压便会明显降低。因此，如何与低频多振动源的振动环境相适应进行振动的能量采集工作，即如何在低频环境中尽可能的采集到各个振源的振动能量成为压电陶瓷能量采集器的一个亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种压电陶瓷能量采集器，其能够改善上述问题。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请提供一种压电陶瓷能量采集器，其包括：

基座、振动基板、压电陶瓷片和第一质量块和第二质量块；

所述振动基板包括主梁、第一L型副梁和第二L型副梁；

所述基座的一侧表面为贴附面，垂直于所述贴附面的方向为第一方向；垂直于所述贴附面的平面为工作面，在所述工作面上与所述第一方向垂直的方向为第二方向，与所述工作面垂直的方向为第三方向；

所述主梁黏附于所述基座的所述贴附面上，所述主梁上黏附有所述压电陶瓷片；所述主梁的两端在所述第一方向上延伸有所述第一L型副梁和所述第二L型副梁；

所述第一L型副梁包括第一延伸梁和多个第一振动梁，所述第一延伸梁沿所述第二方向朝向所述第二L型副梁延伸有多个所述第一振动梁，每个所述第一振动梁的末端都黏附有第一质量块；

所述第二L型副梁包括第二延伸梁和多个第二振动梁，所述第二延伸梁沿所述第二方向朝向所述第一L型副梁延伸有多个所述第二振动梁，每个所述第二振动梁的末端亦黏附有第二质量块；

相邻的所述第一振动梁之间形成空隙，所述第二振动梁位于所述空隙之间。

可以理解，本申请公开了一种压电陶瓷能量采集器，该压电陶瓷能量采集器的振动基板呈叉指式结构，它由两个参数不同的二自由度结构组成。第一L型副梁的第一延伸梁和多个第一振动梁构成一个二自由度直角型振子，第二L型副梁的第二延伸梁和多个第二振动梁构成另一个二自由度直角型振子。两个二自由度直角型振子叠加作用于主梁上，有利于压电陶瓷能量采集器各阶谐振频率降低、谐振频率间距缩短，能够很好地与低频多源的振动环境相匹配，更好地实现宽频效果。