CN105656349A - 压电超声振动能量采集器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种压电超声振动能量采集器，包括压电超声振动产生模块和压电超声振动能量采集模块，属于微机电系统和微能源技术领域。所述的压电超声振动产生模块由环形激励压电陶瓷和环形金属弹性体组成；所述的环形激励压电陶瓷粘结于环形金属弹性体底部；所述的压电超声振动能量采集模块由一环形采集压电陶瓷组成；所述的环形采集压电陶瓷粘结与环形金属弹性体顶部外圈；给所述的环形激励压电陶瓷施加超声频域且相位差也为90。的激励电压时，在环形金属弹性体表面就会产生超声振动，该振动使环形采集压电陶瓷产生弯曲变形，并感应出电荷，从而实现超声振动能量采集的功能。
Description
技术领域
本发明属于微机电系统和微能源技术领域，具体涉及一种压电超声振动能量采集器，突破了目前压电能量采集器只局限于采集低频振动能量的工作范围。
背景技术
压电振动能量采集器是一种利用压电陶瓷的正压电效应采集环境中的振动能量的微机电器件，在无线传感器网络节点自供电系统中具有较好的应用前景。目前，国内外涉及压电振动能量采集器的专利大多集中在采集低频范围内的振动能量，主要是因为环境中的振动能量以低频振动为主。如，中国发明专利201510027934.9提出了一种微型压电和电容复合振动能量采集器；中国发明专利201210149507.4提出了一种多频段压电振动能量收集器；中国发明专利200910195782.8提出了一种基于双稳态升频结构的微型宽频压电振动能量采集器。但环境中还存在丰富的高频振动甚至超声频域的振动能量，如高速旋转的机床转轴、超声驱动的机电器件等，采集高频甚至超声频域的振动能量为工作在这些频段内的微机电器件提供电能是非常有意义的。为此，本发明提出一种压电超声振动能量采集器。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种压电超声振动能量采集器，突破了目前压电振动能量采集器只局限于采集低频振动能量的工作范围。
本发明采用的实施方案是：
压电超声振动能量采集器，所述压电超声振动能量采集器则具有超声振动产生和超声振动能量采集两种功能；可以用于采集超声频域的振动能量。
进一步的，所述压电超声振动能量采集器由压电超声振动产生模块和压电超声振动能量采集模块组成。
进一步的，所述压电超声振动产生模块由环形激励压电陶瓷和环形金属弹性体组成；所述的压电超声振动能量采集模块由环形压电采集陶瓷组成，所述的环形激励压电陶瓷和环形采集压电陶瓷通过高温固化后，分别粘结在环形金属弹性体的底部和顶部外圈；所述的环形金属弹性体安装固定在基座上。
进一步的，所述环形激励压电陶瓷极化分区成A、B两组，每组由8个小扇区组成，相邻两个扇区的极化方向相反，A、B两组在空间上相差90o，即λ/4。
进一步的，所述环形金属弹性体顶部内圈沿圆周方向均匀切割若干齿。
进一步的，所述的环形采集压电陶瓷极化分区成18个扇区，相邻两个扇区的极化方向相反。
进一步的，当给环形激励压电陶瓷施加一个相位差为90o的高频激励电压，所述环形金属弹性体将产生超声振动，该振动使环形采集压电陶瓷产生弯曲变形，并在其变表面感应出电荷，从而实现超声振动能量的采集。
附图说明
图1是本发明的压电超声振动能量采集器结构示意图。
图2是本发明的压电超声振动能量采集器结构俯视图。
图3是本发明中环形激励压电陶瓷极化分区示意图。
图4是本发明中环形采集压电陶瓷极化分区示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2、3、4所示，本发明的的压电超声振动能量采集器由压电超声振动产生模块和压电超声振动能量采集模块组成，所述的压电超声振动产生模块由环形激励压电陶瓷1和环形金属弹性体2组成；所述的压电超声振动能量采集模块由环形压电采集陶瓷3组成；所述的环形激励压电陶瓷1极化分区成A、B两组，每组由8个小扇区组成，相邻两个扇区的极化方向相反（如图3中“+”和“—”所示），A、B两组在空间上相差90o，即λ/4，如图3所示。所述的环形金属弹性体2顶部内圈沿圆周方向均匀切割若干齿4。所述的环形采集压电陶瓷3极化分区成18个扇区，相邻两个扇区的极化方向相反，如图4所示；所述的环形激励压电陶瓷1和环形采集压电陶瓷3通过高温固化后，分别粘结在环形金属弹性体2的底部和顶部外圈，形成压电超声振动能量采集器；所述的环形金属弹性体2通过4个螺钉孔安装固定在基座上。当给环形激励压电陶瓷1施加一个相位差为90o的高频激励电压，所述环形金属弹性体2将产生超声振动，该振动使环形采集压电陶瓷3产生弯曲变形，并在其变表面感应出电荷，从而实现超声振动能量的采集。
Claims (7)
1.压电超声振动能量采集器，其特征在于：所述压电超声振动能量采集器则具有超声振动产生和超声振动能量采集两种功能；可以用于采集超声频域的振动能量。
2.根据权利要求1所述的压电超声振动能量采集器，其特征在于：所述压电超声振动能量采集器由压电超声振动产生模块和压电超声振动能量采集模块组成。
3.根据权利要求2所述的压电超声振动能量采集器，其特征在于：所述压电超声振动产生模块由环形激励压电陶瓷（1）和环形金属弹性体（2）组成；所述的压电超声振动能量采集模块由环形压电采集陶瓷（3）组成，所述的环形激励压电陶瓷（1）和环形采集压电陶瓷（3）通过高温固化后，分别粘结在环形金属弹性体（2）的底部和顶部外圈；所述的环形金属弹性体（2）安装固定在基座上。
4.根据权利要求3所述的压电超声振动能量采集器，其特征在于：所述环形激励压电陶瓷（1）极化分区成A、B两组，每组由8个小扇区组成，相邻两个扇区的极化方向相反，A、B两组在空间上相差90o，即λ/4。
5.根据权利要求3所述的压电超声振动能量采集器，其特征在于：所述环形金属弹性体（2）顶部内圈沿圆周方向均匀切割若干齿（4）。
6.根据权利要求3所述的压电超声振动能量采集器，其特征在于：所述的环形采集压电陶瓷（3）极化分区成18个扇区，相邻两个扇区的极化方向相反。
7.根据权利要求3所述的压电超声振动能量采集器，其特征在于：当给环形激励压电陶瓷（1）施加一个相位差为90o的高频激励电压，所述环形金属弹性体（2）将产生超声振动，该振动使环形采集压电陶瓷（3）产生弯曲变形，并在其变表面感应出电荷，从而实现超声振动能量的采集。
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