MEMS压电-磁电复合式振动驱动微能源的设计*

贺 婷,杨 杰,孔龄婕,陈晓勇,陈东红,燕 乐,丑修建

(中北大学电子测试技术国防重点实验室,仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原 030051)



MEMS压电-磁电复合式振动驱动微能源的设计*

贺 婷,杨 杰,孔龄婕,陈晓勇,陈东红,燕 乐,丑修建*

(中北大学电子测试技术国防重点实验室,仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原 030051)

在单一效应的MEMS振动驱动微能源的基础上,提出了一种MEMS压电-磁电复合振动驱动微能源器件。该微能源由八悬臂梁-中心质量块结构和永磁铁两部分组成,环境振动使中心质量块振动,PZT压电敏感单元由于压电效应产生电势差;同时中心质量块上集成的高密度线圈切割磁感线产生感应电动势,将压电转换与磁电转换相结合把振动能转换为电能。建立了该结构的数学模型并用有限分析软件Ansys12.0对该器件进行力学特性分析,最后对加工出的微能源进行性能测试。测试结果表明,该微能源谐振频率为8 Hz,易与环境发生共振;在共振条件下,施加1gn的加速度,器件压电发电开路输出电压峰峰值达154 mV,磁电发电开路输出电压峰-峰值达8 mV,有望为无线传感网络节点提供稳定的能源。

振动能量采集;压电/磁电效应;MEMS;微能源;ANSYS

目前,环境振动驱动微能源以其重量轻,体积小,能量密度高,较强的环境适应性等特点广泛应用在微电子、置入性传感器、无线射频识别和无线传感网络等领域。

各国研究者提出的对振动能量拾取技术的研究主要包括[1-4]:电磁式、静电式、压电式、磁致伸缩式能量拾取技术4种。……