CN113993239B

CN113993239B - 一种基于驻极体的荧光发射装置及海洋波浪监测系统

Info

Publication number: CN113993239B
Application number: CN202111147616.8A
Authority: CN
Inventors: 王盛凯; 徐杨
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS; Qiantang Science and Technology Innovation Center
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS; Qiantang Science and Technology Innovation Center
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2024-03-22
Anticipated expiration: 2041-09-28
Also published as: CN113993239A

Abstract

本发明提供一种基于驻极体的荧光发射装置，包括驻极体发电机101、高压电容102、气体放电管103、硫化锌发光器件104，所述驻极体发电机101与所述高压电容102串联，所述气体放电管103与所述硫化锌发光器件104串联，且在串联后与所述高压电容102并联。可将外界振动能量能转化为450‑570nm波长的蓝绿光脉冲，在可穿戴发光和需要以蓝绿光作为媒介的光通讯上具有重要的应用意义。可以在断续能源供给的情况下输出稳定的、有时间相关性的强脉冲。本发明功耗极低，并不依赖电源，电路结构简单，能源利用效率高。此外，本发明还公开了一种海洋波浪监测系统。

Description

一种基于驻极体的荧光发射装置及海洋波浪监测系统

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体地为智能可穿戴领域、传感领域和光通信领域，特别涉及一种基于驻极体的荧光发射装置及海洋波浪监测系统。

背景技术

用于可穿戴光通信和夜间发光的模组往往依赖于电源且功耗较高，需要定期更换电源。在可穿戴发光设备研制和深海探索中，能源问题也是一个亟待解决的问题。现有技术存在着探测模块功耗高、供电模块效率低、成本高，需要经常更换电池或需要提供海底电缆的缺点。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于驻极体的荧光发射装置，旨在解决现有技术中，发射装置功耗极高，并严重依赖电源的技术问题

为实现上述目的，本发明提供一种基于驻极体的荧光发射装置，包括：

驻极体发电机101、高压电容102、气体放电管103、硫化锌发光器件104，所述驻极体发电机101与所述高压电容102并联，所述气体放电管103与所述硫化锌发光器件104串联，且在串联后与所述高压电容102并联；

其中，所述驻极体发电机101用以将外界的振动转化为电能，存储在所述高压电容102中，当所述高压电容102内电压高于所述气体放电管103击穿电压时，所述硫化锌发光器件104在所述气体放电管103的作用下产生脉冲光信号。

可选地，所述高压电容102的类型为电解电容；和/或，非极性薄膜电容；和/或，极性薄膜电容；和/或，陶瓷电容；和/或，

复合介质电容；和/或，玻璃釉电容；

所述高压电容102电容值介于1PF-1F，耐压介于50V-5000V。

可选地，所述气体放电管103外部由绝缘材料密闭封装，绝缘材料为玻璃；和/或，陶瓷；和/或，有机高分子材料。

可选地，所述气体放电管103的内部为真空状态或被气体填充。

可选地，所述气体包括：

干燥的空气；和/或，氧气；和/或，氮气；和/或，氢气；和/或，二氧化碳；和/或，六氟化硫；和/或，氦气；和/或，氖气；和/或，氩气；和/或，氪气；和/或，氙气。

可选地，所述基于驻极体的荧光发射装置还包括放电针，所述放电针设于所述气体放电管103的内部，所述放电针由两个金属电极构成。

可选地，所述硫化锌发光器件104包括两个电极层、以及硫化锌薄膜发光层，两个所述电极层设于所述硫化锌薄膜发光层的两端；

每一所述电极层均具有导电性，电阻率在0.1Ω·m-105Ω·m之间。

可选地，所述硫化锌薄膜发光层的制成材料为掺杂了铜、锰、银、氯中的一种或几种元素的硫化锌材料。

可选地，所述硫化锌发光器件104的内阻为10KΩ-100MΩ之间，所述硫化锌发光器件104发出的光波长在450-570nm之间。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种海洋波浪监测系统包括上述任一项所述的基于驻极体的荧光发射装置。

本发明提供的基于驻极体的荧光发射装置，通过使用硫化锌电致发光材料，通过掺杂特定的离子，可以俘获电子形成发光中心，发出特定波段的蓝绿光，形成光通讯所需要的光源，同时这一光源具有功耗低，制作工艺简单，对电源的要求低，恶劣环境抵抗力强的特点。本发明利用低功耗模块及震荡脉冲电路的设计，可以将微弱断续的、输出不稳定的信号源转化为持续的、有时间相关性的强脉冲，有望使得该光源成为可穿戴设备、深海荧光通信的光源或波浪探测的信号源，在具有机械振动的环境中长时间独立工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于驻极体的荧光发射装置一实施例的结构示意图；

图2为图1中驻极体发电机101提供的方波电流示意图；

图3为图1中硫化锌发光器件104的发光强度随时间的变化曲线示意图；

图4为图1中气体放电管103两端电阻随时间变化曲线示意图；

图5为图1中硫化锌发光器件104两端电阻随时间变化曲线示意图；

图6为图1中高压电容102两端电压随时间变化曲线示意图；

图7为本发明提供的海洋波浪监测系统一实施例的结构示意图；

图8为图7中使用的荧光发电装置的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。还有就是，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例

参照图1所示，基于驻极体的荧光发射装置包括：驻极体发电机101、高压电容102、气体放电管103、硫化锌发光器件104。所述驻极体发电机101与高压电容102并联；所述气体放电管103与所述硫化锌发光器件104串联，二者串联后与所述高压电容102并联；所述驻极体发电机101为所述高压电容102充电，当所述高压电容102两端电压高于所述气体放电管103的击穿电压，气体放电管被击穿后内阻大幅度降低导通，硫化锌发光器件104两端的电压急剧升高，于是器件内部的发光中心与电子复合发光，完成一个脉冲过程。

需要说明的是，所述驻极体发电机101可以将振动能转化为电能输出，输出功率在1μW-10W之间，输出电压在50V-3500V之间。驻极体发电机101的输出电压必须小于高压电容102的击穿电压。

参见图2-图6，硫化锌发光器件和气体放电管的高低阻态交替变化是脉冲信号产生的根本原因，激励电流和电容为电路提供基本的工作能源。

硫化锌发光器件的工作频率取决于外部激励的强度，外部激励的平均功率越高，硫化锌发光器件的发光频率和单次发光强度就越高。

进一步地，所述硫化锌发光器件104内部电子与发光中心的复合会使器件内阻急剧升高，升高到一定程度时所述气体放电管103两端电压被分走，所述气体放电管103的续流被截断，重新恢复到数百兆欧姆。于是所述硫化锌发光器件104断路，断路后所述硫化锌发光器件104内阻大幅度降低，所述放电管103两端电压开始升高，当电压升高到足以击穿所述放电管103的时候，下一个脉冲过程开始。

进一步地，所述气体放电管103直流放电电压范围在50V-3500V之间，外部由绝缘材料密闭封装，绝缘材料可以是玻璃，陶瓷，有机高分子材料中的一种或几种，内部可以为真空或由干燥的空气，氧气，氮气，氢气，二氧化碳，六氟化硫，氦气，氖气，氩气，氪气，氙气之中的一种或几种混合进行填充。所述气体放电管103内部的放电针由两个贴近的金属电极构成，金属电极的形状可以是圆锥形，圆柱形，圆台形等一切可以产生击穿电弧的立体几何结构，两电极的间隙在1nm到1 cm 之间。

进一步地，所述高压电容102型号可以为电解电容、非极性或极性薄膜电容、陶瓷电容、复合介质电容、玻璃釉电容中的一种或几种，以高压瓷片电容或高压聚丙烯电容为优选。电容值介于1PF-1F，耐压介于50V-5000V，电容的击穿电压必须大于所述驻极体发电机输出电压。

进一步地，所述硫化锌发光器件104由两个透明电极层及中间硫化锌薄膜发光层构成，呈三明治结构。透明电极层具有导电性，电阻率在0.1Ω·m-105Ω·m之间。硫化锌薄膜发光层为掺杂了铜、锰、银、氯中的一种或几种元素的硫化锌材料，所述硫化锌发光器件104的内阻为10KΩ-100MΩ之间。硫化锌发光器件发出的光波长在450-570nm之间。

可以理解的是，所述驻极体发电机101可以被外部电源代替，该电源的输出电压需要大于气体放电管的直流击穿电压。在电源功率恒定的情况下，所述硫化锌发光器件可以保持频率在1-100HZ内的稳定脉冲输出。所述驻极体发电机101可以被压电类发电机代替，该电源的输出电压需要大于气体放电管的直流击穿电压。在电源功率恒定的情况下，所述硫化锌发光器件可以保持频率在1-100HZ内的稳定脉冲输出。

实施例

参见图7-图8，图7为一种海洋波浪监测系统的示意图，图8为图7中使用的荧光发射装置结构示意图。相比图1中的装置增加了透镜105、密封外壳106、弹性组件107，其中弹性组件107包括第一弹簧107-1、第二弹簧107-2。驻极体发电机101的两侧分别被第一弹簧107-1、第二弹簧107-2悬挂在所述密封外壳106的内部空间中，可以在一定范围内自由活动。悬挂于外壳上的压电或驻极体振膜将波浪的振动转换为电信号存储在电容中，进而使得硫化锌发光器件工作，通过透镜传输给光电敏感原件，光电敏感元件将硫化锌发光器件闪烁的频率记录下来并通过无线信号传输给基站。所述透镜105可以被光纤接口替换。

波浪越剧烈，驻极体发电机的平均功率就越高，硫化锌发光器件闪烁的频率和光强就越高，这些小型的波浪探测模块可以分布在深海远海，起到洋流监测、波浪示警的作用。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于驻极体的荧光发射装置，其特征在于，包括驻极体发电机101、高压电容102、气体放电管103、硫化锌发光器件104，所述驻极体发电机101与所述高压电容102并联，所述气体放电管103与所述硫化锌发光器件104串联，且在串联后与所述高压电容102并联；

2.根据权利要求1所述的基于驻极体的荧光发射装置，其特征在于，所述高压电容102的类型为电解电容；和/或，非极性薄膜电容；和/或，

极性薄膜电容；和/或，陶瓷电容；和/或，复合介质电容；和/或，玻璃釉电容；

所述高压电容102电容值介于1PF-1F，耐压介于50V-5000V。

3.根据权利要求1所述的基于驻极体的荧光发射装置，其特征在于，所述气体放电管103外部由绝缘材料密闭封装，绝缘材料为玻璃；和/或，陶瓷；和/或，有机高分子材料。

4.根据权利要求1所述的基于驻极体的荧光发射装置，其特征在于，所述气体放电管103的内部为真空状态或被气体填充。

5.根据权利要求4所述的基于驻极体的荧光发射装置，其特征在于，所述气体包括：

6.根据权利要求1所述的基于驻极体的荧光发射装置，其特征在于，所述基于驻极体的荧光发射装置还包括放电针，所述放电针设于所述气体放电管103的内部，所述放电针由两个金属电极构成。

7.根据权利要求1所述的基于驻极体的荧光发射装置，其特征在于，所述硫化锌发光器件104包括两个电极层、以及硫化锌薄膜发光层，两个所述电极层设于所述硫化锌薄膜发光层的两端；

8.根据权利要求7所述的基于驻极体的荧光发射装置，其特征在于，所述硫化锌薄膜发光层的制成材料为掺杂了铜、锰、银、氯中的一种或几种元素的硫化锌材料。

9.根据权利要求1所述的基于驻极体的荧光发射装置，其特征在于，所述硫化锌发光器件104的内阻为10KΩ-100MΩ之间，所述硫化锌发光器件104发出的光波长在450-570nm之间。

10.一种海洋波浪监测系统，其特征在于，所述海洋波浪监测系统包括如权利要求1-9任一项所述的基于驻极体的荧光发射装置。