CN105226992B - 振动幅度阈值驱动发电的能量采集器及传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种振动幅度阈值驱动发电的能量采集器及传感器，至少包括：用于感应外界振动的第一级振子；所述第一级振子包括依次连接的第一弹簧、第一质量块及第一磁体；用于产生电能的第二级振子；所述第二级振子包括依次连接的第二弹簧、第二质量块及第二磁体；所述第一级振子与所述第二级振子均设置于一基座上；当外界振动幅度小于预设阈值时，能量采集器不发电；当外界振动幅度大于所述预设阈值时，所述第一级振子驱动所述第二级振子振动，产生电能。本发明具备阈值驱动发电功能，采用所述能量采集器的传感器可将发电行为作为传感信号，并以脉冲形式发射，实现自供能的“事件驱动”传感功能。

Description

振动幅度阈值驱动发电的能量采集器及传感器
技术领域
本发明属于微机械传感器领域，涉及一种振动幅度阈值驱动发电的能量采集器及传感器。
背景技术
“事件驱动(event-driven)”机制是无线传感网部署中的重要技术。所谓事件驱动，是指仅在某些特定事件(例如地震、火灾、温度/湿度等达到某一阈值)发生时，传感器才被唤醒进行数据传输工作，在其他时刻则保持低功耗休眠状态[S.Tilak,N.B.Abu-Ghazaleh and W.Heinzelman."A taxonomy of wireless micro-sensor networkmodels."ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review6,no.2(2002):28-36.]。这一机制对于有效利用能源、延长传感网寿命、降低使用成本等有着重要意义。通常意义上的事件驱动是在网络的媒质接入控制(MAC)层进行的，通过MAC协议调度传感网的各个节点[I.Demirkol,C.Ersoy and F.Alagoz."MAC protocols for wireless sensornetworks:a survey."Communications Magazine,IEEE44,no.4(2006):115-121.]。实际上，事件驱动机制对于无线传感网的物理层也有重要意义。所谓“事件”，指的就是“一个变量值的变化”[K.M,Chandy,B.E.Aydemir,E.M.Karpilovsky D.M.Zimmerman."Event-driven architectures for distributed crisis management."Computer Science256(2003):80]。在传感器的物理层，我们关心的就是一些关键物理量的变化，例如地震一定会引起加速度的巨大变化，火灾则会引起温度的显著变化。这些变化完全可以用于在物理层对传感器进行唤醒，从而进一步减少传感网的能量和网络资源消耗，提高工作效率。更进一步，这些物理量的变化(震动/加速度突变、温度升高)也蕴含着可观的能量，这就为将能量采集和传感功能实现在同一个器件上提供了可能性。这一思路在国际上得到了初步探索。日本国立产业技术综合研究所(AIST)的Itoh等开发出一种直接数字输出的压电式加速度传感器，用于探测禽流感导致的家禽运动状态异常[T.Itoh,T.Kobayashi,H.Okada,T.Masuda and T.Suga."A digital output piezoelectric accelerometer for ultra-low power wireless sensor node."In Sensors,2008IEEE,pp.542-545.IEEE,2008]。该传感器在一个悬臂梁结构上制作了多个压电条，每个压电条后级连接阈值电压不同的CMOS开关，因此检测到不同加速度时，开启的是不同数目的CMOS开关，从而实现直接数字输出而不需要模数转换电路。加速度传感器本身并不需要电源，但是后级电路仍需要靠电池供电，并没有完全实现自供能。
在传感器应用的很多场合，并不需要精确地测量各个物理量，而只是需要关注某个物理量是否达到特定阈值，即可判断检测对象的状态，进而判断特定的事件是否发生。一个典型的例子是长距离输油管道。输油管道是重要的经济命脉，同时也常常受到不法分子的觊觎，破坏输油管道偷取油料的犯罪行为屡见报端。由于输油管道长度很大，且常常穿越荒野地带，若要确保全线的安全需要大量人力实时值守，这样做的成本巨大，是不现实的。而这正是物联网技术的用武之地。若在输油管道上沿线布置大量无线检测传感节点，即可有效监控管道的安全。无人值守的输油管道遭到钻孔、割锯等破坏时，将会发生振动。用传统的方法监测，则需要用加速度传感器感知这种振动，进行从模拟到数字的转换，再从中提取出有用信息，这一过程繁琐且会消耗可观的能量。而以“从模拟到信息(A to I)”的思路，可以省去这些繁琐步骤，减少系统复杂度和能耗。实际上，为了造成有效的破坏，钻孔、割锯等行为必须具有一定的强度并持续一段时间，这就意味着其引起的振动也具有一定的强度和持续时间。“发生具有一定的强度和持续时间的振动”这一“事件”既意味着管道正在遭受破坏，又蕴含了可观的能量。基于这一思路，可以在能量采集器上同时实现阈值传感器的功能。澳大利亚的ShockWatch公司开发了一种无需电源的冲击振动阈值指示器。该器件利用化学原理，在受到高于特定加速度阈值的振动时，内含化学物质会反应变色，从而显示出其宿主结构是否受到过冲击[www.shockwatch.com]。如果这一类传感器能够与电路结合起来，则可以有更多样的信息显示和传输方式，而不只局限于目视检查。德国CiS微感与光伏研究所的Frank等基于一种利用水凝胶在温度、湿度、pH值等变化的作用下膨胀的原理，提出了一种自供能阈值开关[T.Frank,G.Gerlach and A.Steinke."Binary Zero-PowerSensors:an alternative solution for power-free energy-autonomous sensorsystems."Microsystem technologies18,no.7-8(2012):1225-1231]。当被检测物理量达到特定阈值时，器件中的执行结构会在开态和关态之间转换，从而改变电路状态，而不需要任何外接能源。美国Birmingham Young大学的Todd等提出了一种无源的加速度阈值传感器[B.Todd,M.Phillips,S.M.Schultz,A.R.Hawkins and B.D.Jensen."Low-cost RFIDthreshold shock sensors."Sensors Journal,IEEE9,no.4(2009):464-469]。该器件采用了特别设计的双稳态梁结构，当检测到超过设定阈值的加速度时，这个梁结构将从一个稳态跃变到另一稳态，而未检测到时则不发生变化。这种工作方式构成了一个开关，其关断和接通分别代表监测对象的加速度未达到和达到阈值。后级电路只需要检测这一开关是否导通就可以获得所需信息，这样就大大降低了传感系统的复杂度和功耗。从系统的层面来看，上述方案实现了部分自供能。
实际上，这些方案中，使敏感结构发生跃变的能量最终都耗散掉了，不能有效利用能源，并且需要额外的检测设备来检测传感信号、后级电路需要靠电池供电、需要额外的能量来传送信号，不能完全实现自供能。
因此，提供一种振动幅度阈值驱动发电的能量采集器及传感器实属必要。
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振动幅度阈值驱动发电的能量采集器及传感器，用于解决现有技术中的传感器不能有效利用能源，并且需要额外的检测设备来检测传感信号及需要额外的能量来传送信号，不能完全实现自供能的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，至少包括：
用于感应外界振动的第一级振子；所述第一级振子包括依次连接的第一弹簧、第一质量块及第一磁体；
用于产生电能的第二级振子；所述第二级振子包括依次连接的第二弹簧、第二质量块及第二磁体；
所述第一级振子与所述第二级振子均设置于一基座上；
当外界振动幅度小于预设阈值时，能量采集器不发电；当外界振动幅度大于所述预设阈值时，所述第一级振子驱动所述第二级振子振动，产生电能。
可选地，所述第一级振子通过两极振子之间的脉冲磁排斥力驱动所述第二级振子振动。
可选地，所述第二级振子上设有用于发电的换能机构。
可选地，所述换能机构为压电式或电磁感应式。
可选地，所述第一级振子与第二级振子的振动方向相互平行，且所述第一级振子与第二级振子在工作过程中不发生接触。
可选地，所述第二级振子被有效驱动时，其振动频率为自身的谐振频率，与外界振动频率无关。
可选地，所述第二质量块同时作为所述第二磁体。
可选地，所述第一弹簧与第二弹簧均为平面弹簧悬臂梁，其中，所述第一弹簧为并联双梁结构，所述第一质量块及所述第一磁体设置于所述并联双梁结构末端；所述第二弹簧为单悬臂梁结构，设置于所述并联双梁结构之间，所述第二磁体设置于所述单悬臂梁结构自由端，所述第二磁体同时作为所述第二质量块，所述单悬臂梁结构的表面还设置有压电薄膜。
可选地，所述第一质量块为铅制；所述第一磁体与第二磁体均为钕铁硼磁铁。
可选地，所述压电薄膜为聚偏氟乙烯。
可选地，所述第一磁体的数量大于或等于两个，所述第二磁体的数量大于或等于两个。
可选地，所述预设阈值的大小通过调整第一磁体与第二磁体的间距来设定。
可选地，所述第一级振子的的谐振频率小于或等于200赫兹，所述第二级振子的谐振频率大于300赫兹。
本发明还提供一种采用上述能量采集器的自供能传感器，所述传感器将所述能量采集器的发电行为作为传感信号，用于报告待检测振动幅度是否达到预设阈值。
如上所述，本发明的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器及传感器，具有以下有益效果：(1)具备阈值驱动功能，在外界振动幅度不达到特定阈值时几乎不发电，只有当外界振动幅度达到或超过该阈值时才发出电能；(2)驱动阈值可以由磁体参数精确决定，可面向不同的应用环境；(3)两级振子之间的作用依靠磁排斥力，相互间不发生碰撞、摩擦、划拨等，能量采集器具有较高的可靠性和耐久性；(4)第二级振子振动发电的频率是其本身的谐振频率，与外界振动频率无关，有利于匹配后级电路接口，方便系统集成；(5)采用所述能量采集器的传感器可将所述能量采集器的发电行为作为传感信号，并以脉冲形式发射，用于报告待检测振动幅度是否达到预设阈值，实现自供能的“事件驱动”传感功能。
附图说明
图1显示为本发明的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器的结构示意图。
图2显示为本发明的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器包括机械阻尼和机电阻尼的示意图。
图3显示为当外界振动幅度小于预设阈值时能量采集器的两级振子都在平衡位置作小幅度振动的示意图。
图4显示为当外界振动达到或超过预设阈值时，能量采集器在外界振动作用下具有向上加速度，第一级振子向下运动、第二级振子在磁排斥力作用下也向下运动的示意图。
图5显示为当磁排斥力与弹簧回复力相等时，第二级振子位移达到最大的示意图。
图6显示为当第一级振子继续运动，磁排斥力突然反向，第二级振子开始自由振动的示意图。
图7显示为计算得到的第一级振子在一个运动周期中受力的变化曲线。
图8显示为本发明的能量采集器的一个具体实施例的结构示意图。
图9显示为图8所示结构的A-A向剖面图。
图10显示为图8所示结构的B-B向剖面图。
图11及图12显示为图8所示结构在不同振幅下的输出电压波形。
图13、图14及图15显示为图8所示结构采取三中不同磁体间距的性能计算和测试结果。
图16显示为图8所示结构的驱动阈值与磁体间距的关系。
元件标号说明
1 第一级振子
11 第一弹簧
12 第一质量块
13 第一磁体
14 机械阻尼
2 第二级振子
21 第二弹簧
22 第二质量块
23 第二磁体
24 机电阻尼
25 压电薄膜
3 基座
d 第一磁体与第二磁体的间距
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图16。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，请参阅图1，显示为该能量采集器的结构示意图，至少包括：
用于感应外界振动的第一级振子1；所述第一级振子1包括依次连接的第一弹簧11、第一质量块12及第一磁体13；
用于产生电能的第二级振子2；所述第二级振子2包括依次连接的第二弹簧21、第二质量块22及第二磁体23；
所述第一级振子1与所述第二级振子2均设置于一基座3上；
当外界振动幅度小于预设阈值时，能量采集器不发电；当外界振动幅度大于所述预设阈值时，所述第一级振子1驱动所述第二级振子2振动，产生电能。
其中，空气及其它环境因素构成振子的阻尼，请参阅图2，显示为本发明的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器包括机械阻尼14和机电阻尼24的示意图。需要指出的是，所述机械阻尼14和机电阻尼24是由外部因素引起的，非能量采集器的实际结构，故以下图中不再画出。
具体的，所述第一级振子1的谐振频率较低，优选为小于或等于200赫兹；所述第二级振子2的谐振频率较高，在数百赫兹到1000赫兹两极，优选为大于300赫兹。所述第一磁体13与第二磁体23的极性方向相同。所述第二质量块22可同时作为所述第二磁体23，提高所述第二级振子2的谐振频率。
当所述能量采集器随着外界环境振动时，所述第一质量块12由于受到惯性力作用，会沿一定方向运动，即所述第一级振子1发生振动，基频与环境振动频率相同。所述第二级振子2的谐振频率远高于典型应用环境中的环境振动频率，因此几乎不随环境振动而振动。通过所述第一磁体13与第二磁体23之间的脉冲排斥力，所述第一级振子1将能量传递给所述第二级振子2，使之按照自己的谐振频率自由振动，产生电能。能量来源是外界振动。
具体的，所述第一级振子1与第二级振子2的振动方向相互平行，且所述第一级振子1与第二级振子2在工作过程中不发生接触。所述第二级振子2被有效驱动时，其振动频率为自身的谐振频率，与外界振动频率无关。所述第二级振子2上设有用于发电的换能机构，所述换能机构为压电式或电磁感应式。
请参阅图3至图6，显示为本发明的能量采集器的工作过程。在外界没有振动时，两级振子停在如图3所示的平衡位置。因为两级振子间存在着磁排斥力，第一级振子1处于势阱中。当外界振动幅度较低时，两级振子都在平衡位置附近作小幅度振动，振动方向如图3中箭头所示，振动频率等于外界振动频率。而当外界振动幅度较大时，例如从某一时刻开始有一向上的振动加速度作用在器件上，由于惯性作用，在器件参考系中，第一级振子1将向下运动，如图4中箭头所示。这一过程中，两级振子磁铁间的排斥力增大，所述第二弹簧21在磁排斥力的作用下发生形变。当第一级振子1运动到如图5所示的位置时，磁排斥力达到最大，所述第二弹簧21的回复力与磁排斥力平衡。第一级振子1继续向下运动，磁排斥力的方向发生突变，使得第二级振子2向上运动，此时磁排斥力急剧减小，第二级振子以其自身的谐振频率作自由振动，如图6所示。这一过程中，第一级振子1越过了磁排斥力形成的势垒，同时第二级振子2受到了一个脉冲磁排斥力。在持续的外界环境振动下，第一级振子1上下振动，每一个振动周期中越过势垒两次，也就是驱动第二级振子2两次。这一势垒的存在使得能量采集器具有阈值触发特性，即：外界振动幅度较低时，第一级振子1无法越过势垒，也就无法有效驱动第二级振子2发电，输出能量可以忽略不计；而外界振动幅度一旦足够使第一级振子1越过势垒，第二级振子2就会被有效驱动而大量发电。能够使第一级振子1越过势垒的最小振幅就是能量采集器的驱动阈值。该阈值的大小由两级振子上磁体的剩磁和磁体间间隙精确决定。针对不同的应用环境，通过选用不同剩磁的磁体并调节间距，即可实现不同的驱动阈值，即预设阈值。
本发明的能量采集器的动力学特性可以由如下方程描述：
其中，m1、m2分别为第一级振子及第二级振子的等效质量，k1、k2分别为第一弹簧及第二弹簧的等效刚度，z1、z2分别为第一级振子及第二级振子的位移，c1、c2分别为第一弹簧及第二弹簧的等效阻尼系数。Fmag是两级振子间的磁力，其大小由两级振子上磁体的剩磁和磁体间距决定。aext为激励振动加速度峰值，ω为激励振动频率。
根据方程(1)，图7显示为所述第一级振子1在一个运动周期中受力的变化，规定向上为正方向。图7中的三组曲线分别对应0.4毫米、0.6毫米和0.8毫米的磁体间距。图1中示出了第一磁体与第二磁体的间距d。以间距0.8毫米为例，第一阶段，第一级振子1开始向下运动时(对应图4)，其受合力逐渐由向下变为向上并向上增大，所述第二弹簧21在磁排斥力的作用下发生形变；第二阶段，第一级振子1运动到如图5所示的位置时，磁排斥力达到最大，所述第二弹簧21的回复力与磁排斥力平衡；第三阶段，第一级振子1继续向下运动，磁排斥力的方向发生突变，使得第二级振子2向上运动继而在其自身的谐振频率作自由振动(对应图6)。由三组曲线的差异可见，通过调整两级磁体间的间距，磁排斥力的突变位置也会发生变化。所述第一磁体与第二磁体的间距d越小，驱动第二级振子2所要克服的磁排斥力就越大，第一级振子1所需的行程也越大，从而有效发电的振动幅度阈值也就越高。以上是本发明的能量采集器阈值驱动功能的理论基础。
本发明的能量采集器中，所述第一弹簧11及第二弹簧21可采用多种弹簧形式。本实施例中，所述第一弹簧11及第二弹簧21均以平面弹簧悬臂梁结构为例。在其它实施例中，所述第一弹簧11及第二弹簧21也可采用其它弹簧结构。
请参阅图8，显示为本实施例中能量采集器的结构示意图，图8及图9分别显示为图8所示结构的A-A向剖面图及B-B向剖面图。如图所示，所述第一级振子1及第二级振子2均安装于所述基座3上。对于所述第一级振子1，其中，所述第一弹簧11为并联双梁结构，所述第一质量块12及所述第一磁体13设置于所述并联双梁结构末端；对于所述第二级振子2，所述第二弹簧21为单悬臂梁结构，设置于所述并联双梁结构之间并连接于所述基座3，所述第二磁体23设置于所述单悬臂梁结构自由端，所述第二磁体23同时作为所述第二质量块22，所述单悬臂梁结构的表面还设置有压电薄膜25，所述压电薄膜25作为换能机构，用以将所述第二级振子2的振动转化为电能。当所述单臂梁结构振动时，其表面的压电薄膜25发生形变，从而发电。如图8所示，所述压电薄膜25为矩形薄膜，设置于所述第二磁体23旁。在其它实施例中，所述压电薄膜25也可以为其它形状，其位置也可进行调整，只要位于所述单悬臂结构表面并能够随单悬臂结构的振动发生形变即可，此处不应过分限制本发明的保护范围。
具体的，所述第一磁体13的数量可不限于一个，即可大于或等于两个，所述第二磁体23的数量亦可大于或等于两个。本实施例中，所述第一磁体13的数量及所述第二磁体23的数量均以两个为例。
作为示例，所述第一弹簧11及第二弹簧21制作在同一片厚度为50微米的铜片上。所述第一弹簧11为并联双梁，每根梁宽度2毫米，长度12.8毫米，梁末端的第一质量块12为铅制，质量0.24克。所述第二弹簧21为单悬臂梁，宽度9毫米，长度11.3毫米。所述第一磁体13与第二磁体23均为钕铁硼磁铁，形状为长方体，尺寸1.5毫米×1.5毫米×0.5毫米，磁场强度0.95特斯拉。所述第二磁体23同时也作为第二级振子2的质量块，其质量为9毫克。所述第二级振子2上的压电薄膜25为PVDF(聚偏氟乙烯)压电薄膜，厚度28微米，有效长度11毫米。
需要指出的是，因为器件梁结构长度和宽度远大于厚度，为清楚展示各部分结构，图8、9及10并非按照实际比例。
请参阅图11及图12，可见实测该能量采集器(磁体间距0.6毫米)在频率30赫兹、幅值2.6个重力加速度(g)的外界正弦振动下，输出电压非常低，平均值低于0.7V(图11)；当振动幅值增加到2.8个重力加速度时，输出电压急剧提高，平均值超过5V(图12)。显示出典型的阈值驱动特点。
请参阅图13、14及15，分别显示为本实施例中采取三种不同磁体间距的性能计算和测试结果。计算模型由方程(1)描述。三种间距分别是0.8毫米、0.6毫米和0.4毫米。激励振动频率30赫兹，振动加速度峰值从0扫描到6个重力加速度。可见三种间距的器件均具有振动幅度阈值驱动功能，图中虚线示出了驱动阈值位置。阈值的大小可以通过调整磁体间距来精确设定，其具体关系可通过方程(1)确定。
请参阅图16，显示为本实施例中磁体间距和驱动阈值的关系，激励振动频率30赫兹。可见驱动阈值与磁体间距明确的单调关系。可见，所述预设阈值的大小可通过调整第一磁体与第二磁体的间距d来设定。
本发明还提供一种采用上述能量采集器的自供能传感器，所述传感器将所述能量采集器的发电行为作为传感信号，用于报告待检测振动幅度是否达到预设阈值。本发明可以应用于无线传感网节点和可穿戴设备等，实现自供能的“事件驱动”传感功能，传感信号为脉冲形式，可采用传感器自身所获电能发射出去。
综上所述，本发明的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器及传感器，具有以下有益效果：(1)具备阈值驱动功能，在外界振动幅度不达到特定阈值时几乎不发电，只有当外界振动幅度达到或超过该阈值时才发出电能；(2)驱动阈值可以由磁体参数精确决定，可面向不同的应用环境；(3)两级振子之间的作用依靠磁排斥力，相互间不发生碰撞、摩擦、划拨等，能量采集器具有较高的可靠性和耐久性；(4)第二级振子振动发电的频率是其本身的谐振频率，与外界振动频率无关，有利于匹配后级电路接口，方便系统集成；(5)采用所述能量采集器的传感器可将所述能量采集器的发电行为作为传感信号，并以脉冲形式发射，用于报告待检测振动幅度是否达到预设阈值，实现自供能的“事件驱动”传感功能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于，至少包括：
用于感应外界振动的第一级振子；所述第一级振子包括依次连接的第一弹簧、第一质量块及第一磁体；
用于产生电能的第二级振子；所述第二级振子包括依次连接的第二弹簧、第二质量块及第二磁体；
所述第一级振子与所述第二级振子均设置于一基座上；
当外界振动幅度小于预设阈值时，能量采集器不发电；当外界振动幅度大于所述预设阈值时，所述第一级振子驱动所述第二级振子振动，产生电能。
2.根据权利要求1所述的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于：所述第一级振子通过两极振子之间的脉冲磁排斥力驱动所述第二级振子振动。
3.根据权利要求1所述的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于：所述第二级振子上设有用于发电的换能机构。
4.根据权利要求3所述的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于：所述换能机构为压电式或电磁感应式。
5.根据权利要求1所述的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于：所述第一级振子与第二级振子的振动方向相互平行，且所述第一级振子与第二级振子在工作过程中不发生接触。
6.根据权利要求1所述的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于：所述第二级振子被有效驱动时，其振动频率为自身的谐振频率，与外界振动频率无关。
7.根据权利要求1所述的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于：所述第二质量块同时作为所述第二磁体。
8.根据权利要求1所述的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于：所述第一弹簧与第二弹簧均为平面弹簧悬臂梁，其中，所述第一弹簧为并联双梁结构，所述第一质量块及所述第一磁体设置于所述并联双梁结构末端；所述第二弹簧为单悬臂梁结构，设置于所述并联双梁结构之间，所述第二磁体设置于所述单悬臂梁结构自由端，所述第二磁体同时作为所述第二质量块，所述单悬臂梁结构的表面还设置有压电薄膜。
9.根据权利要求8所述的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于：所述第一质量块为铅制；所述第一磁体与第二磁体均为钕铁硼磁铁。
10.根据权利要求8所述的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于：所述压电薄膜为聚偏氟乙烯。
11.根据权利要求8所述的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于：所述第一磁体的数量大于或等于两个，所述第二磁体的数量大于或等于两个。
12.根据权利要求1所述的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于：所述预设阈值的大小通过调整第一磁体与第二磁体的间距来设定。
13.根据权利要求1所述的振动幅度阈值驱动发电的能量采集器，其特征在于：所述第一级振子的的谐振频率小于或等于200赫兹，所述第二级振子的谐振频率大于300赫兹。
14.一种采用权利要求1～13任意一项所述能量采集器的自供能传感器，其特征在于：所述传感器将所述能量采集器的发电行为作为传感信号，用于报告待检测振动幅度是否达到预设阈值；所述待检测震动为外界振动。
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