自主的自供电设备包括放射性同位素供电的电流脉冲发生器，电流脉冲发生器包括具有悬臂的弹簧组件，以及与电流脉冲发生器并联连接的压电表面声波（Ｐ－ＳＡＷ）结构。由于连续发射β粒子（电子），因此正电荷积聚在电气绝缘的６３Ｎｉ薄膜上，其中β粒子被收集在悬臂上。积聚的电荷最终将悬臂拉进放射性同位素薄膜中，直到放电发生为止。放电生成瞬时的磁场和电场，瞬时的磁场和电场可以激发腔的ＲＦ模式，在腔中发生放电。压电－ＳＡＷ谐振器被连接到放电组件，以控制ＲＦ频率输出。一种用于生成调谐的ＲＦ信号的方法包括向Ｐ－ＳＡＷ谐振器输入能量脉冲、激发其谐振频率、以及输出具有调谐到谐振器频率的频率的ＲＦ信号。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请资料本申请要求于2008年11月10日提交的序列号为61/193，251号的美国临时申请的优先权，该临时申请的主题以引用的方式完整地并入本文。
技术介绍
1.专利
本专利技术的实施方式涉及发射应答器、遥测/接收器、以及传感器装置和相关联的方法。更特别地，本专利技术的实施方式针对自供电的此类具有设计的频率控制的装置和相关联的方法。最特别地，本专利技术的实施方式针对放射性同位素供电的压电表面声波换能器和相关联的方法。2.相关技术描述微型机电系统(MEMS)遍及日常生活中的各种应用已经变得普遍。最小尺寸的 MEMS及其制造材料自然地提供了将这些结构与集成电路结合以提供不需要外部电源的自主微系统的机会。具有长保存期的、小尺寸的、可靠的、温度敏感的且长操作的内部电源的可用性可能显著地影响这些自主微系统的效用。甚至最小的传统电池可能远大于它们为此供电的MEMS，从而对于某些应用而言限制了设备的尺寸减小。另外，传统的电池具有相对较短的使用寿命，通常大约数天，最多几个月，并且可能不能很好地操作或者根本不能在高的温度或低的温度下操作。存在几种应用，其中具有能够向MEMS供电多个月、许多年甚至几十年的电源是可期望的。例如，基于MEMS的传感器可以用于监控各种结构的和环境的状况，并且经由光学通信或射频(RF)通信将该信息发送到接收位置。如果这些设备装备有能够在无需替换的情况下供电持续数年或者几十年的电源，那么基于传感器的设备例如可以永久地嵌入到建筑物、桥等中、用于太空研究和由本领域技术人员预想的其它此类应用。在第6，479，920号和第7，301，254号美国专利中公开了对较长寿命的电源的需要的一个或多个解决方案，所述专利的主题在可适用的法律和条例所允许的最大程度上以引用的方式完整地并入本文。前面提到的‘920专利公开了一种设备，其中在诸如镍-63的放射性同位素中通过放射性衰变发射的粒子携带的能量被俘获，并转变为机械势能，所述机械势能被存储在可弹性形变的元件中。电能也被存储在放射性同位素连接的电极之间形成的电容器中。存储在可变形的元件中的机械能和电能的释放可以用于直接激活其它机械部分，或者可以转变为可以供应以驱动诸如集成电路的电子部件的电能。用作说明地，设备包括诸如单晶硅、玻璃等的基底，其具有以一端被固定到那里且具有一自由端的伸长的悬臂梁。放射性源被安装到梁的自由端下方的基底，并且放射性发射粒子的吸收体被安装到梁的自由端。具有输出终端的压电元件被固定到悬臂的顶表面，以使压电板将与可变形的悬臂一起弯曲和变形。放射性同位素源优选地发射电子。发射的电子被吸收体吸收并保持， 给吸收体充负电，然而源保持正电荷。当电荷在吸收体和源上积累时，这些元件之间的静电力增加，使悬臂梁弯曲以使吸收体开始接近源。在特定的时长后，梁将足够地弯曲，使得吸收体与源进行电接触，从而在这些元件上放电并且释放梁，当梁释放了存储在弯曲的梁中4的势能时，梁弹性地朝着其停止位置或常态位置的方向返回。这样做时，强加于压电板上的应力被释放，这在压电元件的输出终端处生成电功率脉冲。由压电元件生成的电功率可以从其输出终端被连接到诸如射频线圈的负载。连接到线圈的压电换能器元件的电容提供产生在特征频率处的电振荡的谐振回路电路，其是由来自压电换能器的输出电压的脉冲激发的。该电压可以被调整并且被存储在存储电容器上，用于供其它电子部件使用，并且高频振荡也可以被用于提供可以被远程检测器检测的射频(RF)信号。除了机械到电的转变以外， 电容器中的存储电荷还被突然地释放来产生电流脉冲，所述电流脉冲依次激发包含悬臂结构的容器的所有基谐波腔模式。在腔中激发的并且在压电元件电路上的RF模式可以被耦合。RF能量可以被辐射远离设备，以由远方的接收器接收。该设备的缺点在于输出RF信号的频率是由系统的等效电容和电感来确定的。共振腔和等效电路的品质因数通常是低的，使得脉冲中的能量分布在频率的范围内，这阻止了在接收电子中存在相位噪声的情况下在任何可感知的距离上的精确的频率测量。此外， 腔和电路谐振频率是部件的大小和介电性能的函数，其可以随着设备而改变，这是因为非光刻方法通常用于制造设备。关于发射频率的更严格的容差被高度地期望用于向一个发射器指定给定的频率，并且还能够进行窄带脉冲测量，其通常可以以较高的信噪比被完成，这是因为噪声在检测的窄带中是较低的。鉴于与现有技术相关联的缺点和挑战，专利技术人已经认识到对本文上面所描述的在其中可以精确地控制RF频率的自供电设备的需要和益处。专利技术人还认识到包括例如如自主发射应答器、诸如RF识别标签(RFID)的数据遥测和传输设备、自主传感器以及本领域技术人员公认的其它设备的此类设备的有利的应用。通过具体的专利技术实现这些和其它优点和益处，下面将参照附图来详细描述这些和其它优点和益处。专利技术概述本专利技术的实施方式是自供电设备，所述自供电设备包括放射性同位素供电的电流脉冲(即，放电)发生器和互连的压电表面声波(P-SAW)装置。电流脉冲发生器还包括弹簧组件，弹簧组件包括具有连接到底座的至少一个固定端和可往复运动的区域的悬臂，以及放射性粒子发射器。P-SAW装置具有并联地电连接到电流脉冲发生器的输入端口和输出端口。弹簧组件的悬臂可以具有多种形式。例如，在非限制性方面，悬臂是具有固定的近端和可自由往复运动的远端的简单的悬臂梁。在非限制性方面，悬臂是具有两个固定端和中间的可往复运动的区域的两端固定(clamped-clamped)的悬臂。在非限制性方面，悬臂是具有固定的近端和可自由往复运动的远端的蜿蜒梁，其可以包括放射性粒子收集器。放射性同位素供电的电流脉冲发生器包括放射性粒子发射器，所述放射性粒子发射器连接到悬臂的可往复运动的区域或者在高于或低于悬臂的可往复运动的区域的相对距离处的弹簧组件。如果放射性源未被连接到弹簧组件本身，则不论悬臂的形状系数如何，悬臂应当具有足够的区域以收集由放射性源发射的电子。如果悬臂不具有足够的区域，那么放射性粒子收集器可以连接到悬臂的可往复运动的区域。在非限制性方面，弹簧组件在真空环境中在结构上与P-SAW装置结合。在非限制性方面，RF天线可以耦合到P-SAW的输出端口。在非限制性方面，P-SAW结构可以包括例如在输入端口与一个或多个输出端口之间的传感器或 RFID标签。根据非限制性方面，设备可以包括多个电流脉冲发生器和P-SAW结构。在非限制性方面，多个放电悬臂可以连接到不同的谐振(载波)频率P-SAW结构。来自一个悬臂的单个触发器可以同时激发可以在单个接收器处被接收的多个RF脉冲，从而允许发送多传感的信息。本专利技术的实施方式针对一种用于生成具有调谐的信号频率的RF信号的方法。该方法包括以下步骤通过来自具有充电循环和放电循环的自主放电系统的能量脉冲来生成能量；向以谐振频率为特征的压电-SAW(P-SAW)结构的输入端输入能量，其中，在充电循环期间，在P-SAW结构中存储能量的电成分和能量的机械成分；在放电循环期间，激发P-SAW 结构的谐振频率；以及自P-SAW结构的输出端口输出具有被调谐到P-SAW谐振器频率的频率的RF信号。将在随后的详细描述中提出本专利技术的附加的特征和优点，并且对于本领域技术人员来说通过该描述本专利技术的附加的特征和优点将是部分容易显然的或者本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种自供电设备，包括：放射性同位素供电的电流脉冲发生器，其包括弹簧组件，所述弹簧组件包括具有连接到底座的至少一个固定端和可往复运动的区域的悬臂，所述电流脉冲发生器还包括放射性粒子发射器；以及压电表面声波Ｐ－ＳＡＷ结构，其包括输出端口和并联地电连接到所述电流脉冲发生器的输入端口。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿密特·拉尔，
申请(专利权)人：康奈尔大学，
类型：发明
国别省市：US
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