阶梯形压电悬臂梁能量采集器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种能量采集器，特别是涉及一种阶梯形压电悬臂梁能量采集器。
【背景技术】
[0002]压电能量采集器是一种将工作环境中的振动能转换成电能MEMS器件，对于压电振动能量采集器而言，压电振子的固有频率与开路输出电压是衡量其工作效率的重要输出参数;其固有频率主要取决于悬臂梁的几何尺寸和结构形式，单纯地依靠调整几何尺寸的方法难以满足环境中实用性的要求，因而需要探索新的结构来改善压电能量采集器性能。如何在保证压电能量采集器几何尺寸不变的基础上，降低悬臂梁结构的固有频率，增加开路输出电压使我们所亟待解决的。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种阶梯形压电悬臂梁能量采集器。
[0004]为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种阶梯形压电悬臂梁能量采集器，包括基板、质量块和压电晶片，在基板的上表面或下表面设置有压电晶片，在基板一端的上表面设置有质量块，所述基板两端的厚度不相等且两端之间区域的厚度位于两端的厚度值之间。
[0005]采用该结构的基板有利于低频能量的采集，获得较大开路输出电压值。
[0006]在本实用新型的一种优选实施方式中，所述基板从左往右的厚度递减。有利于基板的长度更长。
[0007]在本实用新型的一种优选实施方式中，质量块设置在最薄的区域。压变量变化效果更加明显。
[0008]在本实用新型的一种优选实施方式中，所述基板由Μ块子基板连接而成且形成一个平整的平面，所述Μ为大于1的正整数，所述Μ块子基板的长度不完全相等。
[0009]在本实用新型的一种优选实施方式中，所述所述Μ为3，从左往右依次为第一区域、第二区域和第三区域，它们的长度比为1:1: 2。
[0010]在本实用新型的一种更加优选实施方式中，三个区域的长度依次为0.8mm,0.8mm,1.6mm;厚度依次为20μm，16μm，12μm，宽度均为0.8mm。该尺寸有利于悬臂梁结构固有频率较好地减低。
[0011]在本实用新型的一种优选实施方式中，压电晶片长度为2.4mm，宽度为0.8mm，厚度为25μπι;质量块的长为0.8mm，宽为0.8mm，厚度为0.4mm。该尺寸有利于电压将达到较优值。
[0012]在本实用新型的一种优选实施方式中，压电晶片的材料为PZT-5H压电陶瓷。该材料易于取得，并且具有机电耦合系数较高，介电常数大的特点，使达到的效果更好。
[0013]在本实用新型的一种优选实施方式中，基板的材料为磷青铜。该材料具有弹性模量大，并且能承受较大的形变，使得效果更加明显。
[0014]在本实用新型的一种优选实施方式中，其特征在于，质量块的材料为镍、铬或铜之一或者合金组合。
[0015]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:本实用新型有利于低频能量的采集，获得较大开路输出电压值。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的结构示意图。
[0017]图2是本实用新型的结构不意图。
【具体实施方式】
[0018]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0019]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0020]在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0021]本实用新型提供了一种阶梯形压电悬臂梁能量采集器，如图1所示，包括基板、质量块3和压电晶片1，在基板的上表面或下表面设置有压电晶片1，在基板一端的上表面设置有质量块3，基板两端的厚度不相等且两端之间区域的厚度位于两端的厚度值之间。在本实施方式中，质量块设置在最薄的区域。
[0022]在本实用新型的一种优选实施方式中，基板从左往右的厚度递减。
[0023]在本实用新型的一种优选实施方式中，基板由Μ块子基板连接而成且形成一个平整的平面，Μ为大于1的正整数，Μ块子基板的长度不完全相等。
[0024]在本实用新型的一种优选实施方式中，Μ为3时，如图1所示，从左往右依次为第一区域2、第二区域4和第三区域5，它们的长度比为1:1:2。在本实施方式中，不限于是三个区域，也可以是四个区域、五个区域、6个区域等，即是说将第二区域分成2个区域、3个区域、四个区域等，相应的调整它们的长度比例和厚度。每个区域可以通过粘接而成，也可以是一体成型。其中，基板的的三个区域也可以采用如图2所示的由上向下方式粘接或者一体成型，包括第一区域5、第二区域6和第三区域7。这样有利于制作简单，工艺快捷。
[0025]在本实用新型的一种优选实施方式中，三个区域的长度依次为0.8mm，0.8mm，1.6mm;厚度依次为20μηι，16μηι，12μηι，宽度均为0.8mm。在本实施方式中，压电晶片长度为2.4mm，宽度为0.8mm，厚度为25μηι;质量块的长为0.8mm，宽为0.8mm，厚度为0.4mm。经仿真软件ANSYS测试，该结构尺寸的固有频率为849.71Hz，开路输出电压峰值为4.5V。
[0026]而一种传统的压电能量采集器基板长度为3.2mm，厚度20μπι，宽度为0.8mm;压电晶片长度为2.4mm，宽度为0.8mm，厚度为25μηι;质量块的长为0.8mm，宽为0.8mm，厚度为0.4mm。经仿真软件ANSYS测试，该结构尺寸的固有频率为899.76Hz，开路输出电压峰值为1.5V。由此可看出采用本实用新型的结构有利于降低频率，获得较大开路输出电压。
[0027]在本实施方式中，每个区域(基板)、压电晶片和质量块的长以X轴方向为准，每个区域、压电晶片和质量块的宽以Y轴方向为准，每个区域、压电晶片和质量块的长以Z轴方向为准；以X轴的正方向为右，以Z轴的正方向为上。
[0028]在本实用新型的一种优选实施方式中，压电晶片的材料为PZT-5H压电陶瓷。
[0029]在本实用新型的一种优选实施方式中，基板的材料为磷青铜。
[0030]在本实用新型的一种优选实施方式中，质量块的材料为镍、铬或铜之一或者合金组合。
[0031]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0032]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种阶梯形压电悬臂梁能量采集器，其特征在于，包括基板、质量块(3)和压电晶片(1)，在基板的上表面或下表面设置有压电晶片(1)，在基板一端的上表面设置有质量块(3)，所述基板两端的厚度不相等且两端之间区域的厚度位于两端的厚度值之间。2.根据权利要求1所述的阶梯形压电悬臂梁能量采集器，其特征在于，所述基板从左往右的厚度递减。3.根据权利要求1或2所述的阶梯形压电悬臂梁能量采集器，其特征在于，质量块设置在最薄的区域。4.根据权利要求1所述的阶梯形压电悬臂梁能量采集器，其特征在于，所述基板由Μ块子基板连接而成且形成一个平整的平面，所述Μ为大于1的正整数，所述Μ块子基板的长度不完全相等。5.根据权利要求4所述的阶梯形压电悬臂梁能量采集器，其特征在于，所述Μ为3，从左往右依次为第一区域(2)、第二区域(4)和第三区域(5)，它们的长度比为1:1: 2。6.根据权利要求5所述的阶梯形压电悬臂梁能量采集器，其特征在于，三个区域的长度依次为 0.8mm, 0.8mm, 1.6mm;厚度依次为 20μηι，16μηι, 12μηι，宽度均为 0.8mm。7.根据权利要求1或6所述的阶梯形压电悬臂梁能量采集器，其特征在于，压电晶片长度为2.4mm，宽度为0.8mm，厚度为25μηι;质量块的长为0.8mm，宽为0.8mm，厚度为0.4mm。8.根据权利要求1所述的阶梯形压电悬臂梁能量采集器，其特征在于，压电晶片的材料为PZT-5H压电陶瓷。9.根据权利要求1所述的阶梯形压电悬臂梁能量采集器，其特征在于，基板的材料为磷青铜。10.根据权利要求1所述的阶梯形压电悬臂梁能量采集器，其特征在于，质量块的材料为镍、铬或铜之一或者合金组合。
【专利摘要】本实用新型公开了一种阶梯形压电悬臂梁能量采集器，包括基板、质量块(3)和压电晶片(1)，在基板的上表面或下表面设置有压电晶片(1)，在基板一端的上表面设置有质量块(3)，基板两端的厚度不相等且两端之间区域的厚度位于两端的厚度值之间。本实用新型有利于低频能量的采集，获得较大开路输出电压值。
【IPC分类】H02N2/18
【公开号】CN205142050
【申请号】CN201520923851
【发明人】朱继华, 徐瑞林, 罗元
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月18日