專利名稱：一種用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器的供電機(jī)構(gòu)，特別是一種用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在分布式無(wú)源、無(wú)線多參量陣列傳感系統(tǒng)中，傳感器分布的數(shù)量和傳感的距離是影響應(yīng)用最重要的因素。無(wú)論是傳感單元，還是處理電路，能量的提供是實(shí)現(xiàn)智能化無(wú)線傳感器的關(guān)鍵，即所謂的“自供電”的實(shí)現(xiàn)。
在目前的無(wú)源無(wú)線傳感器中，能量通常是由天線耦合到叉指換能器的，而經(jīng)反射后由同一天線發(fā)射出去，該類傳感器沒有任何的儲(chǔ)能元件，因此，在較遠(yuǎn)的傳輸距離和有限的激勵(lì)能量時(shí)，不可能給接收、處理電路足夠的信號(hào)能量。即使采用通信編碼方式，由于能量太弱，很難得到其相關(guān)信號(hào)，從而限制應(yīng)用距離。在目前國(guó)際上采用的射頻識(shí)別系統(tǒng)(RFID)中，通常是在傳感器和應(yīng)答器周圍帶有較大尺寸天線(8厘米×5厘米)，依靠天線耦合的電磁波能量供給應(yīng)答器或傳感器工作。由于耦合能量效率極低，國(guó)際上將1米作為遙耦合距離(工作頻率2.45GHz)，10米為超遙遠(yuǎn)距離，通常不帶電池的傳感器和應(yīng)答器的距離為10～80厘米。
眾所周知，磁致伸縮材料是目前伸縮量最大的材料之一。將磁致伸縮材料置于磁場(chǎng)中，可以得到遠(yuǎn)大于壓電陶瓷及其它材料的伸縮量(高若干個(gè)數(shù)量級(jí))，與壓電材料結(jié)合可以得到較高磁電轉(zhuǎn)化效率，所以業(yè)內(nèi)人士將這種磁致伸縮材料和壓電材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)造成為較為靈敏的磁傳感器。由于磁電材料各層之間的磁機(jī)電相互作用，磁電材料的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)在其諧振點(diǎn)附近會(huì)顯著提高，研究表明一般可以比非諧振點(diǎn)輸出高1到2個(gè)數(shù)量級(jí)(取決復(fù)合材料品質(zhì)因素)，當(dāng)激勵(lì)電磁波頻率與該結(jié)構(gòu)固有頻率相等時(shí)，會(huì)得到更強(qiáng)的諧振輸出，但是，這種雙層結(jié)構(gòu)的自供電機(jī)構(gòu)，其品質(zhì)因素較低，通常只有幾十至幾百，能量的匯聚作用差，損耗大，嚴(yán)重降低了它的磁電轉(zhuǎn)換效率和能量輸出能力，在通常的弱磁場(chǎng)中，很難給電路和傳感器供電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種諧振磁電轉(zhuǎn)換效率大的用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，它包括磁致伸縮層和壓電層，其特征在于在所述磁致伸縮層和壓電層之間增設(shè)有放大機(jī)構(gòu)。
上述放大機(jī)構(gòu)為機(jī)械量放大機(jī)構(gòu)，如振動(dòng)放大機(jī)構(gòu)、力放大機(jī)構(gòu)或應(yīng)變放大機(jī)構(gòu)。
上述放大機(jī)構(gòu)一端與磁致伸縮層相連接，另一端與壓電層相連接。
上述放大機(jī)構(gòu)一端與磁致伸縮層相連接，另一端通過一個(gè)機(jī)械量傳遞機(jī)構(gòu)與壓電層相連接。
具體地說(shuō)，上述放大機(jī)構(gòu)另一端通過懸臂梁與壓電層相連接，且放大機(jī)構(gòu)設(shè)置在懸臂梁的端點(diǎn)上為佳。
或上述放大機(jī)構(gòu)另一端通過共振梁與壓電層相連接，且放大機(jī)構(gòu)設(shè)置在共振梁的中點(diǎn)為佳。為了得到更好的共振效果，在上述共振梁的兩端還可增設(shè)質(zhì)量塊。
當(dāng)然，為了進(jìn)一步增加共振梁的應(yīng)變，在上述共振梁的兩端分別再增設(shè)與所述壓電層相連接的放大機(jī)構(gòu)，這兩個(gè)放大機(jī)構(gòu)的另一端均還連接有磁致伸縮層。
本發(fā)明由于在現(xiàn)有的雙層復(fù)合機(jī)構(gòu)中增設(shè)了放大諧振機(jī)構(gòu)，其品質(zhì)因素明顯提高，能量得以匯集，諧振磁電轉(zhuǎn)換效率因而增大。對(duì)于具有放大機(jī)構(gòu)的磁電結(jié)構(gòu)，由于放大機(jī)構(gòu)具有能量聚集作用，可以將磁致伸縮材料產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力或應(yīng)變放大，從而充分利用磁致伸縮層產(chǎn)生的機(jī)械能，提高了器件的磁電電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)。從而將能量最有效地匯集、儲(chǔ)存，得到高的磁電轉(zhuǎn)換能量，再將從壓電層輸出的電能送入電源變換、電源能量存儲(chǔ)和管理電路，該電源將為處理、編碼和發(fā)射電路提供能量，從而實(shí)現(xiàn)帶儲(chǔ)能的電磁自供電。此自供電機(jī)構(gòu)還可用于微功耗電路。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，但本發(fā)明并不僅限于此。
圖1本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，它包括磁致伸縮層1和壓電層3，其特征在于在所述磁致伸縮層1和壓電層3之間增設(shè)有放大機(jī)構(gòu)2。
放大機(jī)構(gòu)2為一種機(jī)械量放大機(jī)構(gòu)，如振動(dòng)放大機(jī)構(gòu)、力放大機(jī)構(gòu)或應(yīng)變放大機(jī)構(gòu)。
從圖1中可以看出本例的放大機(jī)構(gòu)2一端與磁致伸縮層1相連接，另一端與壓電層3相連接。
本例中，由于增設(shè)了放大機(jī)構(gòu)，可以將磁致伸縮材料產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力或應(yīng)變放大，從而充分利用磁致伸縮層產(chǎn)生的機(jī)械能，提高了器件的磁電電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)。
實(shí)施例2一種用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，它包括磁致伸縮層1和壓電層3，其特征在于在所述磁致伸縮層1和壓電層3之間增設(shè)有放大機(jī)構(gòu)2。放大機(jī)構(gòu)2是一種可以使振幅增強(qiáng)的機(jī)構(gòu)。
從圖2中可以看出本例的放大機(jī)構(gòu)2一端與磁致伸縮層1相連接，另一端通過懸臂梁4與壓電層3相連接，且放大機(jī)構(gòu)2設(shè)置在懸臂梁4的端點(diǎn)。
在本例中，放大機(jī)構(gòu)2將磁致伸縮材料的應(yīng)變放大傳遞到懸臂梁4的端點(diǎn)，使得懸臂梁4的應(yīng)變相應(yīng)得到放大，因而也使得壓電層3的輸出放大，提高了系統(tǒng)的靈敏度。
實(shí)施例3一種用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，它包括磁致伸縮層1和壓電層3，其特征在于在所述磁致伸縮層1和壓電層3之間增設(shè)有放大機(jī)構(gòu)2。
上述放大機(jī)構(gòu)2為一種機(jī)械量放大機(jī)構(gòu)，如振動(dòng)放大機(jī)構(gòu)、力放大機(jī)構(gòu)或應(yīng)變放大機(jī)構(gòu)。
參見圖3，上述放大機(jī)構(gòu)2一端與磁致伸縮層1相連接，另一端通過共振梁5與壓電層3相連接，且放大機(jī)構(gòu)2設(shè)置在共振梁5的中點(diǎn)。
在本例中，為了得到更好的共振效果，在上述共振梁5的兩端還增設(shè)有質(zhì)量塊6，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的靈敏度。
實(shí)施例4一種用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，它包括磁致伸縮層1和壓電層3，其特征在于在所述磁致伸縮層1和壓電層3之間增設(shè)有放大機(jī)構(gòu)2。
上述放大機(jī)構(gòu)2為一種機(jī)械量放大機(jī)構(gòu)，如振動(dòng)放大機(jī)構(gòu)、力放大機(jī)構(gòu)、應(yīng)變放大機(jī)構(gòu)。
參見圖4，上述放大機(jī)構(gòu)2一端與磁致伸縮層1相連接，另一端通過共振梁5與壓電層3相連接，且放大機(jī)構(gòu)2設(shè)置在共振梁5的中點(diǎn)。為了進(jìn)一步增加共振梁的應(yīng)變，提高系統(tǒng)靈敏度，在上述共振梁5的兩端分別再增設(shè)與所述壓電層3相連接的放大機(jī)構(gòu)2，這兩個(gè)放大機(jī)構(gòu)2的另一端均還連接有磁致伸縮層1。
權(quán)利要求
1.一種用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，它包括磁致伸縮層(1)和壓電層(3)，其特征在于在所述磁致伸縮層(1)和所述壓電層(3)之間增設(shè)有放大機(jī)構(gòu)(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，其特征在于所述放大機(jī)構(gòu)(2)為機(jī)械量放大機(jī)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，其特征在于所述放大機(jī)構(gòu)(2)為振動(dòng)放大機(jī)構(gòu)、力放大機(jī)構(gòu)或應(yīng)變放大機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，其特征在于所述放大機(jī)構(gòu)(2)一端與所述磁致伸縮層(1)相連接，另一端與所述壓電層(3)相連接。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，其特征在于所述放大機(jī)構(gòu)(2)一端與所述磁致伸縮層(1)相連接，另一端通過機(jī)械量傳遞機(jī)構(gòu)與所述壓電層(3)相連接。
6.如權(quán)利要求5所述的用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，其特征在于所述機(jī)械量傳遞機(jī)構(gòu)為懸臂梁(4)，所述放大機(jī)構(gòu)(2)設(shè)置在所述懸臂梁(4)的端點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求5所述的用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，其特征在于所述機(jī)構(gòu)量傳遞機(jī)構(gòu)為共振梁(5)，所述放大機(jī)構(gòu)(2)設(shè)置在所述共振梁(5)的中點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求7所述的用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，其特征在于所述共振梁(5)的兩端增設(shè)質(zhì)量塊(6)。
9.如權(quán)利要求7所述的用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)，其特征在于所述共振梁(5)的兩端分別再增設(shè)與所述壓電層(3)相連接的放大機(jī)構(gòu)(2)，這兩個(gè)放大機(jī)構(gòu)(2)的另一端均連接有磁致伸縮層(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于傳感器的自供電機(jī)構(gòu)。它包括磁致伸縮層(1)和壓電層(3)，其特征在于在所述磁致伸縮層(1)和所述壓電層(3)之間增設(shè)有放大機(jī)構(gòu)(2)。本發(fā)明由于在現(xiàn)有的磁電復(fù)合機(jī)構(gòu)中增設(shè)了放大機(jī)構(gòu)，其品質(zhì)因素明顯提高，能量得以匯集，磁電轉(zhuǎn)換效率因而增大。此自供電機(jī)構(gòu)還可用于微功耗電路。
文檔編號(hào)H02N2/02GK1917352SQ200610095090
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月1日
發(fā)明者李平, 文玉梅, 卞雷祥, 鄭敏, 楊帆 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)