一种电磁能自供电传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种电磁能自供电传感器，包括压电基片、天线，在压电基片上自左至右顺序制作单向叉指换能器、输出叉指换能器和反射栅，单向叉指换能器、输出叉指换能器和反射栅相互之间相隔一定间距，在单向叉指换能器与反射栅之间形成谐振腔，天线与单向叉指换能器联接，天线接收到的电磁能量沿天线、单向叉指换能器、输出叉指换能器单向传输，输出叉指换能器输出能量。本发明专利技术的优点是：对电磁能量进行最有效的储存和转化，还可人为发射电磁信号为传感器系统较远距离供电。特别是适合一些环境复杂，不易接触以及大型运动物体内部的参数测量。传感距离可提高若干个数量级，从而扩大应用的范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器，尤其是涉及一种电磁能自供电传感器。
技术介绍
近年来，随着微机电系统研究的日新月异，各种各样的微型化、智能化和网络化传感器得到迅猛发展。传统传感器系统的电能供给方式(由外界物理连线或自带电池来提供的方式)正不断遇到挑战，甚至严重影响现代的智能化传感器的应用和发展，成为传感技术发展和应用的瓶颈之一。对于许多应用场合，微型智能化传感器必须植入材料或结构内部，信号的输出和电源的供给成为严重的问题。在有些场合，电池的更换以及传感器和被测单元间的连线甚至是无法实现的，例如，生物体内器官和血管状态的永久检测；许多运动物体的参量测量电机转子的参数测试、直升飞机旋转时螺旋桨尖端加速度的测量、汽车轮胎内部压力、温度和摩擦的测量；智能材料结构系统中的传感和测量、粒子的标定等。因此，目前国内外许多研究机构正致力于研究一种长期的、能够吸收周围能量的、全新自供电传感器来实现永久能源供给。在现有的自供电能源中太阳能和光能是一个比较理想的外来能源，采用光电转换的方法能够有效地为传感器及仪器供电，然而，它的应用受环境条件限制，不能应用到光无法到达许多场合，如，在不透明物体内部。由于空间电磁波无处不在，并且具有许多其它自供能方式没有的优点，因此，电磁能是另一种非常有前景的自供电能源。电磁激励传感器按能量耦合方式分为两类电感线圈耦合型和天线型。电感线圈耦合供能的无源传感器和应答器可作为传感量和身份监测，已广泛用于商场、图书馆、机场的物品管理和智能化的交通系统中。然而采用线圈等电磁耦合方式，能量主要集中在线圈中心很近的区域，其传感的距离很近，1米的距离已是遥耦合，1米以上远距离系统已是非常罕见。天线型传感器采用天线收集空间的电磁能量，然后经声表面波器件高效地转化为其它形式的能量，它能感知被测量的大小，然后，将被调制的传感量通过天线高效地转化成电磁能量发送给远端的接收系统，实现无源无线的传感和测量。由于能量转换方式的不同，它比电感耦合的传感器有更远的测量距离。国外对无源无线传感器的研究始于上个世纪八十年代后期，国内从上世纪九十年代中后期才开始对无源无线传感器的探索，目前已取得了许多的进展和研究成果，扩展到许多应用领域。目前，无源无线声表面波传感器作为一种新兴传感器，展现出非常诱人的发展潜力，然而，在目前的无源无线传感器中，无论是谐振型还是延迟线型，能量都是由天线耦合到输出叉指换能器(IDT)的，然后转换声表面波，而经反射栅(或反射栅阵)反射后经同一叉指换能器转换为电磁波由同一天线发射出去，因而仍然存在以下几方面的问题1、压电声表面波器件本身是无源器件，它无需电源供电，但它没有能量的聚集和储存，无法保证在构造成智能化传感器单元时，给半导体信号处理电路提供工作的电能，因此，不可能实现具有自诊断、自处理功能的无源无线智能化传感器；2、无线传感器的传感距离较近，最远只有几米，限制了应用领域；3、由于能量很弱，天线的效率要求很高，在频率较低时，天线尺寸太大，从而无法放入结构中。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提供了一种具有储能功能的、自供电的、自诊断的、自处理的、超小型化的智能化微型化多功能电磁能自供电传感器。该传感器用声表面波单向叉指换能器组与反射栅(阵列)或单向叉指换能器(组)构造具有吸收、累积和储存天线能量的谐振腔，将电磁能量最有效的汇集到声表面波器件上，实现了传感器带储能的电磁自供电，供给智能化半导体芯片进行数据处理和信号发射。本专利技术是由以下方案来实现的一种电磁能自供电传感器，包括压电基片、天线，在压电基片上自左至右顺序制作单向叉指换能器、输出叉指换能器和反射栅，单向叉指换能器、输出叉指换能器和反射栅相互之间相隔一定间距，在单向叉指换能器与反射栅之间形成谐振腔，天线与单向叉指换能器联接，天线接收到的电磁能量沿天线、单向叉指换能器、输出叉指换能器单向传输，输出叉指换能器输出能量。本专利技术的优点是将压电传感器周围的电磁能量有效汇集到天线上，并对电磁能量进行最有效的储存和转化，在外界没有任何电磁波的特殊环境中，还可人为发射电磁信号为传感器系统较远距离供电。由于该传感器单元无电源、无连线、分布的任意性，应用不受限制，特别是适合一些环境复杂，不易接触以及大型运动物体内部的参数测量。传感距离可提高若干个数量级，从而扩大应用的范围。附图说明图1为实施例一的结构图；图2为实施例二的结构图；图3为实施例三的结构图；图4为实施例三的结构图。具体实施例方式实施例一如图1所示，一种电磁能自供电传感器，包括压电基片1、天线2，在压电基片1上自左至右顺序制作单向叉指换能器5、输出叉指换能器3和反射栅4，单向叉指换能器5、输出叉指换能器3和反射栅4相互之间相隔一定间距，在单向叉指换能器5与反射栅4之间形成谐振腔，天线2与单向叉指换能器5联接，天线2接收到的电磁能量沿天线2、单向叉指换能器5、输出叉指换能器3单向传输，输出叉指换能器3输出能量。实施例二如图2所示，在实施例一的基础上，单向叉指换能器5为级联的叉指换能器组时效果更佳。实施例三如图3所示，一种电磁能自供电传感器，包括压电基片1、天线2，在压电基片1上并排制作三个单向叉指换能器5，其中，第二、三两个叉指换能器5之间相隔一定的间距，其间形成谐振腔，天线2与第一个单向叉指换能器5联接，第二、三两个单向叉指换能器5并联并输出能量。实施例四如图4所示，在实施例三的基础上，断开第二、三两个单向叉指换能器5之间的并联联接，并在其间增加一个输出叉指换能器3，能量通过叉指换能器3输出。在上述结构中，单向叉指换能器5与谐振腔是实现上述功能的关键之一。单向叉指换能器5具有单向传输信号和能量的作用，能量只能从天线2输入声表面波器件，声表面波却不能反向传输到天线2，因此，天线2接收到的能量将不断谐振并聚集在谐振腔内，形成了高效的储能。由于将多组单向叉指换能器级联应用，从而确保天线2来的能量单向传输。由于采用吸收空间电磁能为系统不断地供电、储能，因此，在通常情况下，它无需任何电源情况下，可永久地为智能传感器系统服务。在该传感器系统中，充分利用压电材料对电磁波的特有机电转化特性，将压电传感器周围的电磁能量有效汇集到天线上，并对电磁能量进行最有效的储存和转化，实现传感器的电磁自供电。由于采用吸收空间电磁能方式为系统不断地供电、储能，因此，在通常情况下，它无需任何激励可长期地为智能传感器系统工作服务。在外界没有任何电磁波的特殊环境中，还可人为发射电磁信号为传感器系统较远距离供电。为了将传感信号和部分能量取出，在实际使用中，本技术可外接一控制电路，该控制电路包括电源变换、电源能量存储和管理电路、耦合电路、信号处理电路、编码和发射电路。输出的电能是由传感器的输出端将表面波振动机械能高效转化后，经输出控制电路给整个系统的电能储存、电源管理、信号处理和无线发射电路。由于将输入和输出通路分开，从而实现输入能量汇集和电信号输出控制，将声表面波振动信号变换为电信号。权利要求1.一种电磁能自供电传感器，包括压电基片(1)、天线(2)，其特征在于在压电基片(1)上自左至右顺序制作单向叉指换能器(5)、输出叉指换能器(3)和反射栅(4)，单向叉指换能器(5)、输出叉指换能器(3)和反射栅(4)相互之间相隔一定间距，在单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁能自供电传感器，包括压电基片（１）、天线（２），其特征在于：在压电基片（１）上自左至右顺序制作单向叉指换能器（５）、输出叉指换能器（３）和反射栅（４），单向叉指换能器（５）、输出叉指换能器（３）和反射栅（４）相互之间相隔一定间距，在单向叉指换能器（５）与反射栅（４）之间形成谐振腔，天线（２）与单向叉指换能器（５）联接，天线（２）接收到的电磁能量沿天线（２）、单向叉指换能器（５）、输出叉指换能器（３）单向传输，输出叉指换能器（３）输出能量。

【技术特征摘要】

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