CN100511745C

CN100511745C - 用于高输出传感器信号的装置及其制造方法

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Publication number: CN100511745C
Application number: CNB2005800023290A
Authority: CN
Inventors: P·C·布兰特纳
Original assignee: Infinite Power Solutions Inc
Current assignee: Saplast Research LLC; Phonex Corp
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: CN1910764A

Abstract

本发明涉及运动/移动传感器、检测器和/或监视器，以及其他类型的传感器。本发明尤其能够响应于被感知的极低(或极慢)的移动或环境变化(诸如，温度、压力、能量等)而提供较大的脉冲输出电压。本发明例如还涉及其他传感器并且能够提供足够高的输出以打开处于“关闭(OFF)”状态的相关处理电路。本发明还涉及经由例如轴向极化的聚偏氟乙稀(PVDF)或其他压电材料来感知各种事件。

Description

用于高输出传感器信号的装置及其制造方法

优先权信息

本专利申请在35U.S.C.120下声明于2004年1月23日提交的序列号为No.10/762,278的美国专利申请的优先权，并且申请在35U.S.C.119(e)下声明于2004年1月14日提交的申请序列号为No.60/536,250的美国临时专利申请的优先权，它们皆全文结合在此作为参考。

技术领域

本发明涉及运动/移动传感器、检测器和/或监视器以及其他类型传感器。本发明尤其能够响应被感知的极低(或极慢)移动或环境变化(诸如，温度、压力、能量等)来提供较大的脉冲输出电压。本发明还涉及其他传感器并能提供足够高的输出以打开处于“关闭(OFF)”状态的相关处理电路。本发明还涉及使用例如轴向极化的聚偏氟乙稀(PVDF)或其他压电材料来对各种事件进行感知。

背景技术

现有设备已经可以使用压电活性材料来感知各种事件。这些设备发出的能量脉冲其电压通常极低，需要监视电路处于“打开(ON)”状态，而且常常还要放大器使用以实现电路对被感知事件的识别。前述感知设备需要大量持续能量(静态电流)。

现已存在各种压电传感器。这些传感器通常分属两个互有重叠的种类。它们要么使用放大器放大来自压电材料的信号，要么需要压电材料信号减去或加上的偏置信号。这些技术都要求传感器一直处于有电流流过的“打开”状态。于是就需要一种能够无需使用放大器和偏置信号的传感器。

因为压电事件通常能生成能量较小，所以如前所述需要大幅放大对低频事件的检测。于是就需要一种能够检测低频事件又无需放大的传感器。

发明内容

本发明涉及使用独力压电设备作为诸如传感器、监视器或检测器。与现有技术相比，本发明能够实现对监视器电路发送其电压大到足以将整个电路从“关闭”状态切换成“打开”状态的脉冲，从而将静态电流的使用截断至极低水平并允许使用极小的传感器电源系统。例如可使用本发明传感器的输出将传感器电路从“关闭”态切换至“打开”态。本发明还涉及在监视电路“打开”状态下使用未放大的传感器输出信号来识别该传感器处于“关闭”态的时间。实现这种功能无需考虑信号极性，而且还可通过累积可用传感器元件输出并利用该累加输出“打开”开关器件来实现上述功能。其后所述开关器件就能“打开”整个监视电路。

使用其正性或负性变化来实现感知的能量类型包括但不限于：热量；包括红外线或紫外线的可见光；机械运动或冲击；包括气流或体接触的摩擦电；加速；以及不考虑具体频率的射频(RF)电磁能量。本发明各实施例的要素可包括压电材料大小、压电材料的机械安装和耦联、在所需电压电平上的有用脉冲的能量转换、调节(电压或电流)和滤波(需要时)，而这些要素在要被感知的任何具体事件中都能被调谐以适应或结合所需的输出。

叠加低频或低电压传感器输出的优势明显。例如，对低频或低电压传感器输出的叠加可以使用局部传感器事件(正性或负性)，而这些未经放大的事件因为其电荷值或电压电平过低本来是不足以在最低电压电路中使用的。

本发明的另一优势是在仅提供能量相对较小时也可进行本发明的操作。用于本发明的一个能源实例包括相对于本发明实施例安装其上的物体而发生的纵向伸长运动。这一伸长所提供的纵向移动能仅有1.5μm。此外在基于温度变化的应用中，本发明的电荷叠加特性能够基于相对较小的温度变化而输出脉冲。在层叠的单元阵列中，所有单元的温度变化都可能是相同的。例如在5-单元叠层中，0.2摄氏度(五分之一度)的变化可以产生约8伏的开路输出脉冲。这样在n-单元的叠层中，1/n摄氏度的变化可产生8伏的开路输出脉冲。

本发明一个实施例的目标在于提供一种可被优化用于几乎任何事件的传感设备。本发明实施例的另一个目标在于提供一种用于机器人感觉的传感设备。本发明可应用于机器人感觉，因为所述传感器在无感知存在时不消耗能量。此外，本发明还能检测极小或极低的频率事件。该检测能力对机器人触觉或用于处理其他精巧复杂情况的其他传感器十分有用。

本发明的一个实施例是一种用作传感器的装置，该装置包括多个层叠的压电元件、在每个元件输出上的整流模块以及排列用于叠加来自所述整流模块电荷的多个电容器。此外在某些实施例中，可将开关器件与所述多个电容器的输出相连。虽然是根据所述电容器的使用对本发明进行描述，但也可以使用具有固有电容的其他电路元件来实现本发明。在此认为具有有用电容的任何元件都是电容性元件。

在本发明的一个具体实施例中，所述整流模块可以是全波整流模块或半波整流模块。所述装置可以包括两个或更多的层叠压电元件。此外在本发明的另一个实施例中，所述装置还可包括在所述整流模块和所述电容器中间提供的信号相位延迟元件(诸如，电感器)。在本发明的另一个实施例中，所述开关器件可以包括一个晶体管或一组晶体管。

所述装置可被优化以检测、监视和/或感知安装有所述装置的项目或结构的位置变化。这些结构实例包括门或窗。即便门窗仅被轻微移动，本发明实施例中的传感器也会产生输出。在对监视项目或结构表面安装本发明实施例的恰当角度应与要监视的移动平面大致垂直或呈90度。

本发明一个实施例的所述装置可被优化以检测、监视和/或感知放置在所述装置之上的项目或结构的位置变化。放置在本发明实施例所述传感器上的任何项目或结构都为所述传感器提供一个预载，而该预载可在所述项目或结构离开最初位置时会发生变化。此类被监视的项目实例是博物馆中的文物。如果文物被移动，则传感器就产生期望输出。还可配置本发明该实施例的传感器以避免某些类型的检测。例如，持续通有电流的设备可能发出非期望的电磁辐射。这些电磁辐射可被各种传感器“看见”。然而本发明某些实施例因在非触发状态中无任何电流流过(或仅流过毫微安培)就能避免此类检测，从而进一步降低做出检测的可能性。

本发明实施例还可被优化，从而根据与大重力源表面呈某一角度旋转的结构的重力效应来检测位置的变化。因为位置改变而做为本发明实施例检测目标的一个结构实例是轮子。与所述实施例之间的恰当角度应该是垂直或约90度。此角度相对于重心平面可提供最大的变化量。通常若使用其他角度，则用于测量的有用部件是与重力源表面垂直的部件。上述大重力源包括地球、月球、小行星或其他比目标大很多的物体。

本发明的一个实施例的装置还可被优化以测量或检测人类或其他动物心搏的频率或幅度变化。所述装置还可被优化以测量可从局部电场获得的和/或可检测的能量变化。在另一个实施例中，本发明的所述装置还可被优化以检测、感知或监视小功率声音或超声能量的可用频率或幅度变化。在另一个实施例中，本发明的所述装置还可被优化以检测、感知或监视RF频谱能量场的可用频率或幅度变化。在另一个实施例中，本发明的所述装置还可被优化以监视、检测或感知磁场变化。此外，所述装置还可被优化以监视、检测或感知极低频率能量，该能量的频率例如可以是任何具体压电材料的下限频率。例如，测量特种产品(Measurement Specialties)股份有限公司的DT-1型材料下限被认为只有约0.001Hz。

在本发明的某些实施例中，所述装置可以与电路板技术相结合。例如，可以在电路板中实现整流模块。在此实施例中，所述设备的电容性、电阻性(如果有的话)或电感性元件可以作为电路板的一部分或者电路板上的导电路径，而非分立元件。此外，可以在某些某些实施例中添加电感器。这对调节来自叠层中各元件的能量相位非常有效，还能有助于避免一个元件的输出删去另一个元件的一部分输出的情况发生。

本发明的另一个实施例包括一种传感器的制造方法，所述方法例如包括步骤：将多个压电元件排列在一个叠层内，连接在所述每个元件输出上的整流模块；并且排列多个电容器用于叠加来自所述整流模块的电荷。本发明的另一个实施例还包括将开关器件与所述多个电容器的输出相连接的步骤。在本发明的具体实施例中，所述排列步骤包括提供按大小排列在叠层内的所述多个压电元件。

应该理解前述的大致描述和随后的细节描述仅是示意性和解释性的，并不像权利要求那样限制本发明。示出本发明实施例的附图连同说明一并用于解释本发明的原理。

附图说明

图1是在本发明一个实施例中的5-元件叠层的示意图。

图2A和2B是本发明FET接地开关实施例的示意图。

图3A、3B和3C是本发明FET电源开关实施例的示意图。

图4A和4B是本发明继电器电源开关实施例的示意图。

图5A和5B是包括安装在一物体上的传感器以感知移动的本发明移动/运动传感实施例的一个实例。

图6是由本发明一个实施例感知的运动/移动实例的图示，其中所述实施例包括放置在一物体下用于感知该物体相对传感器的移动。

图7A、7B和7C是本发明一个物理PVDF布局类型和一个实施例的5-元件叠层的机械制图。

图8A和8B是描述本发明实施例充电设备的布局，其中所述实施例可被优化，用于感知以与地球或其他大质量物体(行星、月球、小行星等等)表面呈90度的安装在轮子上的位置改变。

图9是本发明一个实施例的正弦波形能量堆叠的图示。

具体实施方式

应该理解本发明不限于在此描述的特定方法、组合、材料、制造技术、使用和应用且这些都可以变化。还应该理解在此对术语的使用仅出于描述特定实施例的目的，而非限定本发明的范围。应该注意到在此和所附实施例中使用的单数形式“一个”和“这个”除了在上下文中明确指出的之外都包括复数的引用。例如，对“一个元件”的引用可以是对一个或多个元件的引用并且包括本领域普通技术人员已知的等效物。在另一个实例中，类似对“一个步骤”或“一种手段”的引用是对一个或多个步骤或手段的引用，并且可以包括子步骤和辅助手段。应该将所有的管理词理解为其最广泛的含义。例如，除了在上下文中明确指出的之外，应该把“或者”理解为逻辑“或”而非逻辑“异或”的定义。也应该理解在此描述的结构也指代这些结构的功能等效物。除非在上下文中明确指出，否则也应如此理解以近似意义表达的语言。

除非另行限定，否则在此使用的所有技术和科学术语都与本发明所在领域内普通技术人员通常所理解的术语具有相同的含义。在此将描述较佳方法、技术、设备和材料，虽然可以在实践或测试本发明中使用任何与所述这些相类似或等效的方法、技术、设备或材料。应该理解在此描述的结构还指代这些结构的功能等效物。引用的所有参考都全文结合在此作为参考。

如本说明书所述，对每个元件的作用力其方向和大小都大致相同。因为力的类型无关紧要，所以就可使用同种力矢量。本领域普通技术人员能够从此情况中轻易推断出关于对薄膜表面施加不同的力或改变力的方向的情况。由分立元件特性引起的微小变量并未做为具体元件值示出是因为它们可变；并且还因为这虽然可以优化性能，但是并不影响主要性能。

对PVDF薄膜施加的力通常会引起至少部分薄膜的纵向运动。该部分薄膜的纵向位移可产生电压输出。该电压输出的大小取决于作用力、PVDF薄膜大小以及该薄膜的电容。可在PVDF薄膜上覆盖一层导电表面以移除库仑电荷。在另一实施例中，可将该PVDF薄膜表面与导体接触以移除电荷。

所述过程可逆，即施加给覆盖有导电层的PVDF薄膜表面电压反过来也能引起薄膜移动。在轴向极化的PVDF中，该电压主要引起纵向移动。通常情况下其他方向的移动仅占约1/1000。根据本发明使用的PVDF薄膜可以是诸如来自测量特种产品(Measurement Specialties)股份有限公司的DT-1型薄膜。

图1是本发明一个实施例的电路图。该图示出了一种将5个压电元件150连接在一起的方法。虽然压电元件150彼此类似，但是它们并非完全相同。压电材料130片段的尺寸逐增，并可对应上述压电材料130的具体片段来选择电容器140。在随后将进一步阐明的图7A、7B和7C中描述了这一排列的一个实施例。重新参考图1，每个压电元件150还包括桥式整流器120。桥式整流器120可以是包括4个二极管110的全波整流器。桥式整流器120可与压电材料130相连，还可与电容器140相连。通过电气串联各自的电容器140就能电气连接压电元件150的层叠阵列。其中的一个电容器140的一端与传感器输出170相连，而另一端则接地。应该发现移除最底部连接的压电元件150而直接接地就能创建一个4元件的叠层。

图2A和2B提供了本发明2个接地开关的应用实例：图2A中的单脉冲图和图2B中的闩锁电源图。在一个实施例中，如图2A所示的传感器输出170可与N沟道FET 210的栅极相连。N沟道FET 210的源极接地160。N沟道FET 210的漏极则连接至监视器电路地线(ground)240。电池220则提供监视器电路电源230和地160之间的电压差。于是可在脉冲持续时间内将来自传感器输出170的传感器高脉冲施加给监视器电路地线240。

在另一个实施例中，如图2B所示的传感器输出170可与N沟道FET210的栅极相连。N沟道FET 210的源极接地160。N沟道FET 210的漏极则连接至监视器电路地240。电池220则提供监视器电路电源230和地160之间的电压差。另外，监视器电路电源闩锁250可以通过二极管110与N沟道FET 210的栅极相连。于是来自传感器输出170的传感器高脉冲就能间接激活监视器电路电源闩锁250，从而允许电路在脉冲持续时间之外也能闩锁电源。

图3A、3B和3C提供了本发明3个电源开关的应用实例：图3A中的单脉冲图、图3B中的高态有效电源闩锁图和图3C中的低态有效电源闩锁图。在一个实施例中，如图3A所示的传感器输出170可与N沟道FET 210的栅极相连。N沟道FET 210的源极接地160。N沟道FET 210的漏极则与电阻器310和P沟道FET 320的栅极相连。电阻器310连接至P沟道FET 320的源极。P沟道FET 320的源极还与依次接地160的电池220相连。P沟道FET 320的漏极则连接至监视器电路电源230。于是就可在脉冲持续时间内将传感器高脉冲施加给监视器电路电源230。

在另一个实施例中，如图3B所示的传感器输出170可与N沟道FET210的栅极相连。N沟道FET 210的源极接地160。N沟道FET 210的漏极则与电阻器310和P沟道FET 320的栅极相连。电阻器310连接至P沟道FET 320的源极。P沟道FET 320的源极还与依次接地160的电池220相连。P沟道FET 320的漏极则连接至监视器电路电源230。于是就可在脉冲持续时间内将传感器高脉冲施加给监视器电路电源230。另外，监视器电路电源闩锁250可以通过二极管110与N沟道FET 210的栅极相连。于是来自传感器输出170的传感器高脉冲就能间接激活监视器电路电源闩锁250，从而允许电路在脉冲持续时间之外也能闩锁电源。

在另一个实施例中，如图3C所示的传感器输出170可与N沟道FET210的栅极相连。N沟道FET 210的源极接地160。N沟道FET 210的漏极则与电阻器310和P沟道FET 320的栅极相连。电阻器310连接至P沟道FET 320的源极。P沟道FET 320的源极还与依次接地160的电池220相连。P沟道FET 320的漏极则连接至监视器电路电源230。于是就可在脉冲持续时间内将传感器高脉冲施加给监视器电路电源230。另外，监视器电路电源闩锁250可以与P沟道FET 320的栅极相连。于是来自传感器输出170的传感器高脉冲就能间接激活监视器电路电源闩锁250，从而允许电路在脉冲持续时间之外也能闩锁电源。

图4A和4B提供了本发明2个继电器电源开关的应用实例：图4A中的单脉冲图和图4B中的闩锁电源图。在一个实施例中，如图4A所示的传感器输出170附在继电器410的管脚1上。电阻器310则连接在继电器410管脚2和地160之间。而电池220则连接在继电器410的管脚3和地160之间。保持继电器410的管脚5开路。继电器410的管脚4则与监视器电路电源230相连。于是就可在脉冲持续时间内将传感器高脉冲施加给监视器电路电源。

在另一个实施例中，如图4B所示的传感器输出170附在继电器410的管脚1上。电阻器310则连接在继电器410管脚2和地160之间。而电池220则连接在继电器410的管脚3和地160之间。保持继电器410的管脚5开路。继电器410的管脚4则与监视器电路电源230相连。另外，监视器电路电源闩锁250可以通过二极管110与继电器410的管脚1相连。这样，在脉冲持续期间传感器高脉冲可应用于监视器电路。于是来自传感器输出170的传感器高脉冲就能简洁激活监视器电路电源闩锁250，从而允许电路在脉冲持续时间之外也能闩锁电源。

图5A和5B提供了使用安装在有关物体上的传感器以感知运动的2个实例：图5A中的窗实例和图5B中的门实例。在一个实施例中，如图5A所示的传感器510可以安装在窗520的一部分上。在一个实施例中，可将传感器510伪装成安保公司的广告招贴。在另一个实施例中，可将传感器510放置在窗520的不透明部分。

在另一个实施例中，如图5B所示的传感器510可被放置在门530上。例如，可使用粘合剂附着传感器510。可将传感器510放置在试图打开或关闭门530时门530最可能移动的部分。

图6是其下放置有预载的传感器510的有关物体实例：此处为钻石610。可先将传感器510放置在例如基座620上。在此实施例中，如果将从基座中取出钻石610，传感器510就产生输出。

图7A、7B和7C是5-元件叠层的图示。图7A是5-元件叠层的顶视图。图7B是5-元件叠层的底视图。而图7C则以顶视和底视重叠的方式示出了通过施力中心720的作用力。例如，该实施例转换周围环境的机械能。如图所示，可将单个PVDF薄膜分为5个长度递增的片段。这些片段(或元件)711、712、713、714和715(分别对应于图1中具体压电材料130的片段)可按照描述从小到大排列。创建大小不同的元件以在对PVDF薄膜平均施力的情况下按照薄膜大小的增加而专门提供更高的电压。这就使得该叠层能获取自上而下的正向充电(例如，图1电路图中从传感器输出170到地160)。优选地，电容器140(如图1所示)的大小最好能够和与其成对的PVDF元件的具体电容值相匹配。它们通过电路图中的整流桥120配对。这些整流桥120(如图1所示)优选地是全波整流桥，但也可以是半波整流桥。全波整流桥的一大优势在于它能够捕获全部两极的能量。这一匹配成对可实现对所述薄膜电荷的最大转换。实质上优选地是，电荷转换允许在相关电容器上收集减去了2个二极管的前向电压降的PVDF薄膜生成最大电压。

本发明使用的较佳整流模块是全波整流器，因为允许叠层中较低的电压出现在叠层中较高元件的两个表面上。该结构还有助于避免或减小将施加在一侧的电压转换成薄膜内与该用力方向相反的机械运动的独立压电材料130片段效应。

对本发明实施例中的所述薄膜所施加的力可以与薄膜中心顶面大致垂直并沿着附图中的力线通过所附质量。任何作用力都可在每个压电元件两端生成与该元件大小呈反比的电压。

图7A、7B和7C是在单个薄膜内有5个元件的本发明一个实施例。在例如矩形区域(诸如片段711、712、713、714和715的区域)内，可以通过应用银墨水(silver ink)来定义这些元件。需要通过控制该应用的几何结构以小心定义这些区域才能避免产生寄生电容。

图8A和8B是在旋转设定下使用压电元件150的本发明实施例的描述。当该实施例转动时，该压电元件的重力以360°的旋转角度变化。在地心引力为1G的情况下，该元件(由重力引起)的(纵向)力在旋转过程中在1G(如图8B所示)到-1G(如图8A所示)的范围内变化。

图9是本发明包括了PVDF薄膜和层叠电容器的一个实施例的电压输出图。在此实例中的电压是由PVDF薄膜生成并按一定的总输出百分比被存储在5个层叠电容器内。该百分比基于使用诸如在图7A至图7C中描述的元件大小描述薄膜元件电容与总元件电容的比例。如果利用诸如图1所示的电路，则单个电容器140两端的电压就可对应于所示被描述为波形的比例电压(931、932、933、934和935)而变化。在此实例中，与传感器输出170相连的电容器140的比例电压931是总输出电压936的25.7％(同样如波形图所示)。类似地，接地160电容器140的比例电压935是总输出电压936的14.3％。

本发明的其他实施例在本领域普通技术人员在理解本说明书并实践的在此公开的本发明之后将变得显而易见。应该将所述说明书和实例理解为示意性的，而本发明的真正范围和精神则由所附权利要求限定。

Claims

1.一种用作传感器的装置，包括：

排列在一个叠层内的多个压电元件，所述压电元件的每一个都有输出；

在每个所述压电元件的所述输出上的整流模块；

与每个所述整流模块相连以积聚来自所述整流模块的电荷的电容性元件；以及

传感器输出端，其与所述电容性元件相连，用于提供来自所述电容性元件的信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述电容性元件输出相连的开关器件。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，从全波整流模块和半波整流模块组成的组中选出所述整流模块。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括三个或更多层叠的压电元件。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括在所述整流模块和所述电容性元件之间提供的信号相位延迟元件。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号相位延迟元件包括电感器。

7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关器件包括场效应晶体管(FET)。

8.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关器件包括多个场效应晶体管(FET)。

9.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关器件包括双极晶体管。

10.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关器件包括多个双极晶体管。

11.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关器件包括继电器或微机电系统(MEMS)继电器。

12.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关器件包括定时器电路。

13.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关器件包括直接微控制器输入。

14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括利用与大重力源表面呈某一角度旋转的结构的重力效应来检测位置变化的装置。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述结构包括轮子。

16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述角度包括约90度。

17.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述重力源包括地球。

18.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括根据安装有所述装置的结构的移动来检测位置变化的装置。

19.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于检测放置在所述装置之上的结构移动变化的装置。

20.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于检测可从局部电场获得的频率或幅度变化的装置。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述电场包括频率范围在50Hz至60Hz之间的电场。

22.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于检测可从小功率声能获得的频率或幅度变化的装置。

23.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于检测可从超声能量获得的频率或幅度变化的装置。

24.如权利要求1所述的装置，其特征在于，一个或多个所述整流模块包括电路板。

25.如权利要求1所述的装置，其特征在于，一个或多个所述电容性元件包括电容器。

26.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于检测可从RF频谱能量场获得的周围环境能量变化的装置。

27.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于检测磁场变化的装置。

28.一种传感器的制造方法，包括：

将多个压电元件排列在一个叠层内；

连接多个整流模块，使得在每个所述压电元件的输出上至少存在一个整流模块；

排列多个电容性元件以积聚来自所述整流模块的电荷；并且

提供信号输出，用以提供来自所述多个电容性元件的信号。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括将开关器件与所述多个电容性元件的输出相连。

30.如权利要求28所述的方法，其特征在于，用于将多个压电元件排列在一个叠层内的所述步骤包括提供在叠层内按大小排列的所述多个压电元件。

31.如权利要求28所述的方法，其特征在于，从全波整流模块和半波整流模块组成的组中选出一个或多个所述整流模块。

32.如权利要求28所述的方法，其特征在于，包括排列三个或更多层叠的压电元件。

33.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括在一个或多个所述整流模块和一个或多个所述电容性元件之间提供信号相位延迟元件。

34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述信号相位延迟元件包括电感器。

35.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述开关器件包括FET。

36.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述开关器件包括多个FET。

37.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述开关器件包括双极晶体管。

38.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述开关器件包括多个双极晶体管。

39.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述开关器件包括继电器或MEMS继电器。

40.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述开关器件包括定时器电路。

41.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述开关器件包括直接微控制器输入。

42.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括利用与大重力源表面呈某一角度旋转的结构的重力效应来检测位置的变化。

43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述结构包括轮子。

44.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述角度包括约90度。

45.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述重力源包括地球。

46.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括感知其上安装有所述装置的结构的位置变化。

47.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括感知放置在所述装置之上的结构的位置变化。

48.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括感知心搏的频率或强度变化。

49.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述心搏包括人类心搏。

50.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括感知可从局部电场获取的频率或强度的变化。

51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述电场包括频率范围在50Hz至60Hz之间的电场。

52.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括感知可从小功率声能获取的频率或强度变化。

53.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括感知可从超声能量获取的频率或强度变化。

54.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括结合电路板技术。

55.如权利要求28所述的方法，其特征在于，一个或多个所述电容性元件包括电容器。

56.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括感知可从RF频谱能量场获取的周围环境能量变化。

57.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括感知磁场变化。