一种自供能传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种电磁能自供能传感器。它包括彼此电连接的传感器和自供电机构，其特征在于：所述自供电机构由压电层、磁致伸缩层及压电层与磁致伸缩层之间的放大机构构成。本发明专利技术所述的传感器，由于在其自供电机构中增设了放大机构，其品质因素明显提高，能量得以汇集，谐振磁电转换效率因而增大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器，特别是一种电磁能自供能传感器。
技术介绍
在分布式无源、无线多参量阵列传感系统中，传感器分布的数量和传感的距离是影响应用最重要的因素。无论是传感单元，还是处理电路，能量的提供是实现智能化无线传感器的关键，即所谓的“自供电”的实现。在目前的无源无线传感器中，能量通常是由天线耦合到叉指换能器的，而经反射后由同一天线发射出去，该类传感器没有任何的储能元件，因此，在较远的传输距离和有限的激励能量时，不可能给接收、处理电路足够的信号能量。即使采用通信编码方式，由于能量太弱，很难得到其相关信号，从而限制应用距离。在目前国际上采用的射频识别系统(RFID)中，通常是在传感器和应答器周围带有较大尺寸天线(8厘米×5厘米)，依靠天线耦合的电磁波能量供给应答器或传感器工作。由于耦合能量效率极低，国际上将1米作为遥耦合距离(工作频率2.45GHz)，10米为超遥远距离，通常不带电池的传感器和应答器的距离为10～80厘米。众所周知，磁致伸缩材料是目前伸缩量最大的材料之一。将磁致伸缩材料置于磁场中，可以得到远大于压电陶瓷及其它材料的伸缩量(高若干个数量级)，与压电材料结合可以得到较高磁电转化效率，所以业内人士将这种磁致伸缩材料和压电材料的复合结构构造成一种较为灵敏的磁传感器。由于磁电材料各层之间的磁机电相互作用，磁电材料的磁电转换系数在其谐振点附近会显著提高，研究表明一般可以比非谐振点输出高1到2个数量级(取决复合材料品质因素)，当激励电磁波频率与该机构固有频率相等时，会得到更强的谐振输出。但是，这种双层结构的自供电机构，其品质因素较低，通常只有几十至几百，能量的汇聚作用差，损耗大，严重降低了它的磁电转换效率和能量输出能力，在通常的弱磁场中，很难给电路和传感器供电。特别是在无线传感器应用时，几乎无法提供射频电路工作，根本无法实现远距离无线传感。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种谐振磁电转换效率大的自供能传感器。本专利技术是这样实现的一种自供能传感器，包括彼此电连接的传感器和自供电机构，其特征在于所述自供电机构由压电层、磁致伸缩层及压电层与磁致伸缩层之间的放大机构构成。上述传感器为各种声表面波传感器，如温度、压力、加速度等物理传感器或生物化学传感器；上述放大机构为一种机械量放大机构，如振动放大机构、力放大机构或应变放大机构。上述自供电机构的放大机构一端与磁致伸缩层相连接，另一端与压电层相连接。上述自供电机构的放大机构也可以是一端与磁致伸缩层相连接，另一端通过一个机械量传递机构与压电层相连接。上述机械量传递机构为一悬臂梁，放大机构另一端是通过悬臂梁与压电层相连接，且放大机构设置在悬臂梁的端点。上述机械量传递机构为共振梁，上述放大机构另一端通过共振梁与压电层相连接，且放大机构设置在共振梁的中点。为了得到更好的共振效果，在上述共振梁的两端还可增设质量块。当然，为了进一步增加共振梁的应变，在上述共振梁的两端分别再增设与所述压电层相连接的放大机构，这两个放大机构的另一端均还连接有磁致伸缩层。本专利技术所述的传感器，由于在其自供电机构中增设了放大机构，其品质因素明显提高，能量得以汇集，谐振磁电转换效率因而增大。对于具有放大机构的磁电结构传感器，由于放大机构具有能量聚集作用，可以将磁致伸缩材料产生的机械应力或应变放大，从而充分利用磁致伸缩层产生的机械能，提高传感器的磁电电压转换系数，从而将能量最有效地汇集、储存，得到高的磁电转换能量，再将从压电层输出的电能送入电源变换、电源能量存储和管理电路，该电源将为处理、编码和发射电路提供能量，从而实现带储能的电磁自供电传感器。具体地说，本专利技术充分利用压电材料的正/逆压电特性，可以将机械能和电能进行高效转换，本专利技术在压电层与磁致伸缩层中增设一放大机构，这样当外激励与放大机构的固有频率接近时，该放大机构的振子能够振动，甚至产生共振。当压电梁产生形变时，根据压电效应就会在表面产生不同极性的电荷分布，将同极性电荷用同一电极收集，就可实现机械能到电能的转换，即实现传感器单元的机械能自供电。根据应用环境，将电磁能和机械能自供能结构结合可不间断为传感器提供能量，从根本上提高了无线传感距离。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详述，但本专利技术并不仅限于此。图1本专利技术所述实施例的结构示意图；图2是图1中自供电机构第二种实施方式的结构示意图；图3是图1中自供电机构第三种实施方式的结构示意图；图4是图1中自供电机构第四种实施方式的结构示意图。具体实施例方式实施例1参见图1，一种自供能传感器，包括通过自供能电路5连接的传感器1和自供电机构，其特征在于所述自供电机构由压电层2、磁致伸缩层4及压电层2与磁致伸缩层4之间的放大机构3构成。此传感器输出由自供能电路供电的发射电路6与天线7相连实现信号无线传输。上述自供能电路5采用常规电路。上述传感器1为各种声表面波传感器，通常由压电基片上的叉指换能器8、反射栅9和吸声材料10组成；上述放大机构3为一种机械量放大机构，如振动放大机构、力放大机构或应变放大机构。本例所述的传感器，由于其自供电机构增设了放大机构，它可以将磁致伸缩材料产生的机械应力或应变放大，从而充分利用磁致伸缩层产生的机械能，提高了器件的磁电电压转换系数。实施例2它与实施例1所不同的是采用了不同的自供电机构，更具体地说，是自供电机构采用了不同的放大机构。参见图2，本例的放大机构3一端与磁致伸缩层4相连接，另一端通过悬臂梁11与压电层2相连接，且放大机构3设置在悬臂梁11的端点。本例所述的传感器，由于其自供电机构的放大机构3将磁致伸缩材料的应变放大传递到悬臂梁11的端点，使得悬臂梁11的应变相应得到放大，因而也使得压电层2的输出放大，提高了磁电转化效率和系统的供能能力。实施例3它与实施例1所不同的是采用了不同的自供电机构，更具体地说，是自供电机构采用了不同的放大机构。参见图3，本例的放大机构3一端与磁致伸缩层4相连接，另一端通过共振梁12与压电层2相连接，且放大机构3设置在共振梁12的中点。为了得到更好的共振效果，在上述共振梁12的两端还增设有质量块13，进一步提高了系统的灵敏度。实施例4它与实施例1所不同的是采用了不同的自供电机构，更具体地说，是自供电机构采用了不同的放大机构。参见图4，本例的放大机构3一端与磁致伸缩层4相连接，另一端通过共振梁12与压电层2相连接，且放大机构3设置在共振梁12的中点。为了进一步增加共振梁12的应变，提高磁电转化效率，在上述共振梁12的两端分别再增设与所述压电层2相连接的放大机构3，这两个放大机构3的另一端均还连接有磁致伸缩层4。权利要求1.一种自供能传感器，包括彼此电连接的传感器(1)和自供电机构，其特征在于所述自供电机构由压电层(2)、磁致伸缩层(4)及压电层(2)与磁致伸缩层(4)之间的放大机构(3)构成。2.如权利要求1所述的自供能传感器，其特征在于所述传感器(1)为声表面波传感器；所述放大机构(3)为机械量放大机构。3.如权利要求2所述的自供能传感器，其特征在于所述传感器(1)为物理传感器或生物化学传感器；所述放大机构(3)为振动放大机构、力放大机构或应变放大机构。4.如权利要求2所述的自供能传感器，其特征在于所述传感器(1)由压电基片上的吸声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自供能传感器，包括彼此电连接的传感器（１）和自供电机构，其特征在于：所述自供电机构由压电层（２）、磁致伸缩层（４）及压电层（２）与磁致伸缩层（４）之间的放大机构（３）构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：文玉梅，李平，卞雷祥，郑敏，杨帆，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]