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微型压电式振动能量采集器原理及试验于雪峤;冀文浩;杜玮;金鑫;代圣;杨双疆【期刊名称】《林业机械与木工设备》【年(卷),期】2012(000)010【摘要】压电陶瓷在自供电方面具有广阔的应用前景，自供电方式具有结构简单、无污染、能量密度大、易于加工等特点。
分析了压电材料的性能、种类以及压电效应产生的原理，介绍了现行振动能量采集器的类型。
% Piezoelectric ceramic has a wide application prospect in self power supply, which features a simple structure, no pollution, high energy density and easy manufacturing. The performance and type of piezoelectric materials and the principle of piezoelectric effect are analyzed, with the types of existing vibration energy collectors listed.【总页数】3页(P29-31)【作者】于雪峤;冀文浩;杜玮;金鑫;代圣;杨双疆【作者单位】东北林业大学交通学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学交通学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学交通学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学交通学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学交通学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学交通学院,黑龙江哈尔滨150040【正文语种】中文【中图分类】TN712【相关文献】1.两自由度压电式轨道振动能量采集器 [J], 杨沥; 袁天辰; 杨俭; 孔令强2.采用弯曲梁的压电式多方向宽频振动能量采集器 [J], 陈旺; 代显智; 张章; 王旭明; 朱艳生3.基于压电式能量转换的微型振动能量采集器在物联网轨道交通中的应用 [J], 闫泽涛; 王学东4.多方向宽频带压电式振动能量采集器研究进展 [J], 陈仁文;任龙;夏桦康;王昊5.低频压电式MEMS振动能量采集器研究 [J], 李光耀;王晓蕾;杨杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于MEMS技术的振动能量收集及应用研究近年来，新能源技术的飞速发展已成为社会热点，其中振动能量收集技术是一项备受关注的技术。
振动能量收集技术基于MEMS（微机电系统）技术，可以将机械能转换为电能，从而实现能源的可持续利用。
本文将介绍基于MEMS技术的振动能量收集及其应用研究的相关内容。
一、MEMS技术的概述MEMS技术全称为微机电系统技术，是一种将电子、机械、光学、热力学等多个领域的技术综合应用的技术。
MEMS技术主要是通过微纳加工技术、半导体工艺等技术实现微小尺寸、高精度、高性能的微系统，例如加速度计、陀螺仪等微型传感器与执行器等。
由于MEMS技术在微型传感器与执行器制造上具有优良的特性，因此被广泛地用于振动能量收集技术的研究与应用。
二、振动能量收集技术的原理振动能量收集技术是利用物体振动时的机械能转化成电能。
将MEMS技术与振动能量转换技术相结合，可以实现振动能量的高效收集和利用。
微型振动发电系统是振动能量收集技术的主要实现方式之一。
它主要是将MEMS技术用于制造微型电机，然后在微型电机上安装振动发电装置，利用振动机械能使得微型电机旋转产生电压，最终将电能存储在电池或其他储能装置中。
三、振动能量收集技术在智能物联网中的应用振动能量收集技术在智能物联网领域有着广泛的应用。
由于物联网设备数量庞大，因此电池的寿命是一项重要的问题。
为了保持设备持续供电，振动能量收集技术可以在物联网设备中得到广泛的应用。
一些IoT设备像智能手表、智能耳机等都是采用振动能量收集技术实现无线通信和数据收集。
这些设备都集成了MEMS技术制造的微型电机和振动发电装置，从而可以让设备通过振动发电技术为自己充电，使得设备的充电效率更高、更为有效，保证设备不间断运行。
四、结论综上所述，振动能量收集技术在能源领域中有着非常重要的意义。
基于MEMS技术的振动能量收集技术具有制造成本低、高效能量转换、易于集成到系统中等优势，因此在物联网等领域具有很高的应用价值。
⾼性能静电式MEMS振动能量收集器
IMEC和松下联合研发了⼀款基于波纹状SiO2-Si3N4驻极体的新型MEMS振动能量收集器。
该器件仅有1cm2⼤⼩，为汽车胎压监测系统（TPMS）开发。
当发⽣正弦振动时，它的最⼤发电功率为160µW。
如应⽤于汽车轮胎中，其发电功率⼤概为10~50µW，这可以满⾜TPMS模块供电需求。
这款能量收集器论⽂发表于第⼗七届固态传感器、执⾏器和微系统国际会议中（巴塞罗那）。
图1 新型MEMS振动能量收集器的设计
为了提⾼道路⾏车安全，美国和欧盟已经强制汽车安装TPMS。
对于⽤户来说，希望TPMS经济耐⽤，并且在轮胎的使⽤寿命期内不需要更换电池。
由于汽车⾏驶时，安装在轮胎⾥的TPMS处于持续的机械振动状态，所以⼀个潜在的解决⽅案就是使⽤振动能量收集以解决电池问题。
采⽤MEMS技术⽣产的静电式能量收集器不仅可以实现机械能转换为电能，还能降低⽣产成本、提⾼可靠性。
该能量收集器采⽤三个晶圆堆叠键合的⽅式制造，中间的晶圆包含⼀个由质量块和弹簧组成的硅基机械谐振器，质量块底部有波纹状SiO2-Si3N4驻极体。
下⽅的玻璃晶圆包含两个⾦属电极，连接到⼀个负载电路上。
上⽅的玻璃晶圆⽤来做密封帽（可实现真空封装），以保护器件。
当能量收集器受到外部振动时，质量块产⽣相对运动，最终进⼊谐振状态，并且由固定电荷的驻极体产⽣的电场诱导下⽅晶圆上的两个电极充电。
各电极上反向充电的量等于穿过其表⾯的电位移磁通量。
当质量块携带驻极体⼀起运动时，间隙中的电场发⽣改变，引起电极间的充电，从⽽使得电流在连接两个电极的负载电路中流动。
专利名称：压电振动能量采集器
专利类型：发明专利
发明人：丹尼尔·J·英曼,M·阿敏·卡拉米,大卫·J·布兰德利申请号：CN201480009443.5
申请日：20140123
公开号：CN105009315A
公开日：
20151028
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：振动能量采集器具有基础部和压电式转换器，压电式转换器由压电材料层形成，并且在位于基础部处的第一端部与第二端部之间延伸。
压电式转换器的至少一部分在第一端部与第二端部之间以往复图案设置。
磁性部件提供磁场，压电式转换器的至少一部分在该磁场内操作，以使得压电式转换器表现出非线性行为。
使用振动能量采集器的可植入生物医学设备可从心跳波形(心跳)提取能量，从而为身体内的设备提供动力。
申请人：密歇根大学董事会
地址：美国密歇根州
国籍：US
代理机构：北京英赛嘉华知识产权代理有限责任公司
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基于柔性衬底的压电式MEMS传感-能量收集器研究基于柔性衬底的压电式MEMS传感/能量收集器研究近年来，微机电系统（MEMS）技术的发展为传感器和能量收集器的研究带来了新的可能性。
其中，压电式MEMS传感/能量收集器以其独特的性能优势受到了广泛的关注。
基于柔性衬底的压电式MEMS传感/能量收集器具有重要的研究价值和应用前景。
传统的MEMS传感器通常采用硅基质作为衬底，但其刚性限制了其在柔性环境下的应用。
而基于柔性衬底的压电式MEMS传感/能量收集器则能够适应多种复杂的曲面环境，具有较好的柔性和可变形性能。
这种柔性衬底结构的设计可以通过改变衬底的材料和形状来实现，例如采用聚合物、金属薄膜或弹性基底等。
这种设计使得压电式MEMS传感/能量收集器能够适应不同形状和曲率的表面，提高了其应用的灵活性和可扩展性。
压电式MEMS传感/能量收集器通过压电效应将机械能转化为电能，实现能量的收集和传感器的工作。
其基本原理是利用压电材料在受到机械应力时会产生电荷分离的现象，从而产生电压。
通过将压电材料集成到柔性衬底上，当外界施加压力或振动时，材料会发生形变，从而产生电荷分离，进而产生电压。
这种机制使得压电式MEMS传感/能量收集器具有自供能的能力，能够实现自动化运行和长期监测。
基于柔性衬底的压电式MEMS传感/能量收集器在多个领域具有广泛的应用前景。
例如，在健康监测领域，它可以用于测量人体的生理参数如心率、血压等，并通过能量收集功能实现自主供能，减少传感器更换和电池维护的频率。
在结构健康监测领域，它可以用于实时监测和评估建筑物、桥梁和飞机等结构的疲劳损伤情况，提高结构的安全性和可靠性。
此外，基于柔性衬底的压电式MEMS传感/能量收集器还可以应用于环境监测和智能物联网等领域。
综上所述，基于柔性衬底的压电式MEMS传感/能量收集器具有独特的优势和广阔的应用前景。
随着技术的进一步发展和突破，相信这一领域将会取得更多的突破和进展，为社会的发展和进步做出更大的贡献。
MEMS压电阵列振动能量收集器佘引;温志渝;赵兴强;邓丽城;尚正国【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2014(27)8【摘要】In recent years,a great effort has been devoted to the study of micro piezoelectric vibration energy har-vester(VEH)with the development of Power MEMS.However,the output voltage of conventional d31 VEH based on a PZT film is generally low,which is difficult for application.In order to raise the output voltage of the MEMS piezoe-lectric vibration energy harvester,this paper presents a MEMS piezoelectric cantilever array structure which can raise the voltage by connecting the piezoelectric elements in series.By using the finite element method for structural simulation analysis and optimization,the optimized piezoelectric cantilever dimensions is 3 mm×2.4 mm×0.05 mm and silicon mass dime nsions is 8 mm×12.4 mm×0.5 mm.The principle prototype was fabricated by MEMS fabrica-tion process.The device produces a maximum open circuit output voltage of 9.16 Vrms and a maximum output power of 151.8 μW with 5.51 Vrms output voltage with an optimal re sistive load of 200 kΩ from 1 gn acceleration at its resonant frequency of 237.9 Hz.%近年来，随着微能源的发展，微型压电振动能量收集器得到了广泛关注，但传统d31模式PZT薄膜微型压电振动能量收集器输出电压普遍较低，难以满足应用需求。
一种宽频的磁式压电振动能量采集器马华安;刘景全;唐刚;杨春生;李以贵【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2011(030)004【摘要】基于环境能量采集的压电振动能量采集器为无线传感器和微机电系统的长期供能提供了一种有效解决方案.目前研制的压电式振动能量采集器存在工作频率高,且频带窄的问题.给出了一种通过磁力的引入使其在低频下工作的、宽频的压电振动能量采集器,并搭建了测试系统对器件进行分析测试.在压电悬臂梁上放置永磁铁取代传统的质量块,同时在悬臂梁的上下方也放置不同极性的永磁铁.对压电悬臂梁(长40mm、宽8mm、厚0.8mm),在005g<,n>加速度作用下进行试验测试,峰峰电压10V以上的有效频带为80～100Hz,与传统无磁铁振动式压电能量采集器相比,有效地拓展了5Hz的工作频带.%The piezoelectric vibration energy harvester based on the environmental energy collection provides a solution to the long-term power supply to wireless sensor and micro-electro-mechanical system(MEMS). Currently developed piezoelectric vibration energy harvester encounters problems of high frequency and narrow frequency band. A piezoelectric vibration energy harvester working at low frequencies and the broadband frequency environment is presented,and a test system is built to analyze thetest device. The permanent magnet is placed on the piezoelectric cantilever to replace the traditional mass, and a couple of permanent magnets is also placed on the upper and above of the piezoelectric cantilever respectively. Experiment iscarried out under the 0.5gn acceleration on the piezoelectriccantilever( length 40 mm,width 8 nun,thickness 0.8 mm). The results show that the effective frequency band is 80 ～100 Hz above peak voltage of 10 V ,which enlarges 5 Hz compares with the traditional nonmagnetic piezoelectric vibration energy harvester.【总页数】3页(P66-68)【作者】马华安;刘景全;唐刚;杨春生;李以贵【作者单位】上海交通大学,微纳科学技术研究院,微米/纳米加工技术国家级重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室,上海,200240;上海交通大学,微纳科学技术研究院,微米/纳米加工技术国家级重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室,上海,200240;上海交通大学,微纳科学技术研究院,微米/纳米加工技术国家级重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室,上海,200240;上海交通大学,微纳科学技术研究院,微米/纳米加工技术国家级重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室,上海,200240;上海交通大学,微纳科学技术研究院,微米/纳米加工技术国家级重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室,上海,200240【正文语种】中文【中图分类】TP332.3【相关文献】1.宽频压电振动能量采集器的实验研究 [J], 王光庆;岳玉秋;展永政;李萧均;高帅帅2.宽频压电振动能量采集器的分布参数模型与实验 [J], 杨斌强;徐文潭;陆国丽;王光庆3.采用弯曲梁的压电式多方向宽频振动能量采集器 [J], 陈旺; 代显智; 张章; 王旭明;朱艳生4.一种宽频压电振动能量采集器的解析模型与试验研究 [J], 王光庆;展永政;金文平;廖维新5.多方向宽频带压电式振动能量采集器研究进展 [J], 陈仁文;任龙;夏桦康;王昊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
