块以及第二压电层。
[0111] S303、振动振动台，测量振动台的外加频率。
[0112] S304、当振动台的外加频率处于第一预设测量频率和第二预设测量频率之间时， 测量负载上的电压；其中，第一预设测量频率小于第一固有频率且小于第二固有频率；第 二预设测量频率大于第一固有频率且大于第二固有频率。
[0113] S305、调整振动台的振动加速度，计算负载上在不同振动加速度下的均方根功率， 得到在不同振动加速度下，负载方根功率与外加频率的对应关系。
[0114] 本发明实施例中，振动加速度与振幅成正比关系，与角频率的平方成正比关系，振 动加速度a=A* (2jt*f)2,其中，a为振动加速度，单位为g(g为重力加速度），A为振动幅 度，f为振动频率。通过调整振动台的振动加速度，可以计算负载上在不同振动加速度下的 均方根功率，从而得到在不同振动加速度下，负载方根功率与外加频率的对应关系。
[0115] 举例来说，如图7所示，图7是本发明实施例公开的另一种均方根功率随外加频率 变化的测试曲线图，图7中的横坐标为振动台的外加频率，单位为赫兹（Hz)，纵坐标为负载 上的均方根功率，单位为微瓦（yW)，其中，图7针对第一振动系统和第二振动系统，是基于 图1所示的压电式能量采集器在不同振动加速度下进行测量得到的，图1所示的压电式能 量采集器中，设置第一质量块的质量为3. 75克，测得第一振动系统的第一固有频率为19. 7 赫兹，设置第二质量块的质量为1. 7克，测得第二振动系统的第二固有频率为24赫兹。图7 中包含三条曲线，最上面的曲线，对应的振动加速度为lg，在任一外加频率下，其均方根功 率最大；中间的曲线，对应的振动加速度为〇. 5g，在任一外加频率下，其均方根功率居中； 最下面的曲线，对应的振动加速度为0. 3g，在任一外加频率下，其均方根功率最小。从图7 可以看出，振动加速度越大，负载上的均方根功率越大，图7中能量采集效率最高的曲线对 应的振动加速度为lg。
[0116] 本发明实施例中，步骤S301~步骤S304可以参阅图2所示的步骤S201~步骤 S204,本发明实施例不再赘述。
[0117] 本发明实施例中，测量第一振动系统的第一固有频率；第一振动系统包括第一横 梁、第一质量块以及第一压电层；测量第二振动系统的第二固有频率；第一振动系统包括 第二横梁、第二质量块以及第二压电层；振动振动台，测量振动台的外加频率；当振动台的 外加频率处于第一预设测量频率和第二预设测量频率之间时，测量负载上的电压；其中，第 一预设测量频率小于第一固有频率且小于第二固有频率；第二预设测量频率大于第一固有 频率且大于第二固有频率；调整振动台的振动加速度，计算负载上在不同振动加速度下的 均方根功率，得到在不同振动加速度下，负载方根功率与外加频率的对应关系。实施本发明 实施例，可以拓宽能量采集的频带宽度，提高振动能的能量采集效率。
[0118] 以上对本发明实施例所提供的一种压电式能量采集器及压电式能量采集方法进 行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施 例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人 员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明 书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种压电式能量采集器，其特征在于，包括： 振动台（101)，固定连接第一横梁（102)的第一端和第二横梁（103)的第一端； 所述第一横梁（102)背离所述第二横梁（103)的一侧上固定连接第一质量块（104)， 所述第一横梁（102)背离所述第二横梁（103)的一侧电连接第一压电层（106)，所述第一压 电层（106)上固定第一金属电极（108)，所述第二横梁（103)背离所述第一横梁（102)的一 侧上固定连接第二质量块（105)，所述第二横梁（103)靠近所述第一横梁（102)的一侧电连 接第二压电层（107)，所述第二压电层（107)上固定连接第二金属电极（109)，所述第一横 梁（102)电连接第一导线（110)的第一端，所述第一导线（110)的第二端连接所述第二金 属电极（109); 所述第一金属电极（108)和负载（113)的第一端通过第二导线（111)连接；所述第二 横梁（103)电连接第三导线（112)的第一端，所述第三导线（112)的第二端连接所述负载 (113)的第二端。2. 根据权利要求1所述的压电式能量采集器，其特征在于， 所述第一压电层（106)的材料包括无机压电材料或/和有机压电材料；或/和， 所述第二压电层（107)的材料包括无机压电材料或/和有机压电材料。3. 根据权利要求1所述的压电式能量采集器，其特征在于， 所述振动台（101)固定连接第一横梁（102)的第一端的连接方式为螺纹连接；或/和， 所述振动台（101)固定连接第二横梁（103)的第一端的连接方式为螺纹连接。4. 根据权利要求1所述的压电式能量采集器，其特征在于， 所述第一横梁（102)与所述第一质量块（104)通过粘合剂固定连接；或/和， 所述第二横梁（103)与所述第二质量块（105)通过粘合剂固定连接。5. 根据权利要求1所述的压电式能量采集器，其特征在于，所述第一横梁（102)和所述 第二横梁（103)均为导体。6. 根据权利要求1所述的压电式能量采集器，其特征在于，所述第一横梁（102)和所述 第二横梁（103)均为绝缘体，其中，所述第一横梁（102)背离所述第二横梁（103)的一侧通 过第三金属电极（114)电连接所述第一压电层（106)，所述第一横梁（102)背离所述第二横 梁（103)的一侧通过所述第三金属电极（114)电连接所述第一导线（110)的第一端，所述 第二横梁（103)靠近所述第一横梁（102)的一侧通过第四金属电极（115)电连接所述第二 压电层（107)，所述第二横梁（103)靠近所述第一横梁（102)的一侧通过所述第四金属电极 (115)电连接第三导线（112)的第一端。7. 根据权利要求1所述的压电式能量采集器，其特征在于，所述第一横梁（102)为导 体，所述第二横梁（103)为绝缘体，其中，所述第二横梁（103)靠近所述第一横梁（102)的 一侧通过第四金属电极（115)电连接所述第二压电层（107)，所述第二横梁（103)靠近所述 第一横梁（102)的一侧通过所述第四金属电极（115)电连接第三导线（112)的第一端。8. 根据权利要求1所述的压电式能量采集器，其特征在于，所述第一横梁（102)为绝缘 体，所述第二横梁（103)为导体，其中，所述第一横梁（102)背离所述第二横梁（103)的一 侧通过第三金属电极（114)电连接所述第一压电层（106)，所述第一横梁（102)背离所述第 二横梁（103)的一侧通过所述第三金属电极（114)电连接所述第一导线（110)的第一端。9. 一种基于权利要求1~8任一项所述压电式能量采集器的压电式能量采集方法，其 特征在于，包括： 测量第一振动系统的第一固有频率；所述第一振动系统包括所述第一横梁（102)、所 述第一质量块（104)以及所述第一压电层（106); 测量第二振动系统的第二固有频率；所述第一振动系统包括所述第二横梁（103)、所 述第二质量块（105)以及所述第二压电层（107); 振动所述振动台（101)，测量所述振动台（101)的外加频率； 当所述振动台（101)的外加频率处于第一预设测量频率和第二预设测量频率之间时， 测量所述负载（113)上的电压；其中，所述第一预设测量频率小于所述第一固有频率且小 于所述第二固有频率；所述第二预设测量频率大于所述第一固有频率且大于所述第二固有 频率； 计算所述负载（113)的均方根功率，得到所述负载（113)的均方根功率与外加频率的 对应关系。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述计算所述负载（113)的均方根功率， 得到所述负载（113)的均方根功率与外加频率的对应关系，包括： 调整所述振动台（101)的振动加速度，计算所述负载（113)上在不同振动加速度下的 均方根功率，得到在不同振动加速度下，所述负载（113)的均方根功率与外加频率的对应 关系。
【专利摘要】本发明公开了一种压电式能量采集器及压电式能量采集方法，该压电式能量采集器包括：振动台，固定连接第一横梁的第一端和第二横梁的第一端；第一横梁背离第二横梁的一侧上固定连接第一质量块，第一横梁背离第二横梁的一侧电连接第一压电层，第一压电层上固定第一金属电极，第二横梁背离所述第一横梁的一侧上固定连接第二质量块，第二横梁靠近第一横梁的一侧电连接第二压电层，第二压电层上固定连接第二金属电极，第一横梁电连接第一导线的第一端，第一导线的第二端连接第二金属电极；第一金属电极和负载的第一端通过第二导线连接；第二横梁电连接第三导线的第一端，第三导线的第二端连接负载的第二端。实施本发明，可以提高振动能的能量采集效率。
【IPC分类】H02N2/18
【公开号】CN104935209
【申请号】CN201510317624
【发明人】汪飞, 李闪闪
【申请人】南方科技大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月10日