微型电磁式振动能量采集器的研究进展

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振动能量收集技术的近况与展望

振动能量收集技术的近况与展望1. 引言1.1 振动能量收集技术的定义振动能量收集技术是一种利用机械振动转换成电能的技术，通过捕获环境中的振动能量来供电设备或系统。

这种技术的原理是通过将振动的机械能转化为电能，从而实现能源的转换和利用。

振动能量收集技术可以应用于各种场景，如工业设备、移动设备、建筑结构等，可以实现自给自足的能源供应，减少对传统电源的依赖，降低能源消耗。

振动能量收集技术的定义涉及到能源转化和利用的技术领域，它的发展不仅可以提高能源利用效率，还可以减少对环境的影响，符合可持续发展的理念。

随着科技的不断进步和应用的拓展，振动能量收集技术将在未来发挥越来越重要的作用，成为推动能源革新和实现碳中和的重要技术之一。

通过不断的创新和发展，振动能量收集技术有望成为未来能源领域的重要突破口，为人类创造更加智能、绿色和可持续的生活方式。

1.2 振动能量收集技术的重要性振动能量是一种环境中常见的能量资源，存在于各种机械、结构、设备等系统中。

通过振动能量收集技术，可以实现对这些稀有资源的高效利用，有效地提高能源利用效率。

振动能量收集技术可以为一些无法接入传统电力系统的设备和系统提供独立的能源供应方式。

一些远程监控设备、传感器、健康监测设备等可以通过振动能量收集技术获取所需能量，避免了传统电池更换或充电的繁琐。

振动能量收集技术的发展不仅可以为节能减排、环保可持续发展提供新的解决方案，同时也有望促进工业制造、科技创新等领域的进步。

振动能量收集技术的重要性不仅体现在其为个体和社会带来的经济和环境效益，更在于其为能源领域转型升级打下基础，为未来能源供应和能源利用的可持续发展提供了新的可能性。

2. 正文2.1 现阶段振动能量收集技术的发展现状目前振动能量收集技术已经取得了一定的进展，主要体现在以下几个方面：1. 发展成熟的技术：目前，振动能量收集技术已经得到了很好的发展，特别是在微型设备和无线传感器网络中的应用越来越广泛。

“微型能源采集技术”进入人们视野

“微型能源采集技术”进入人们视野
“微型能量采集”技术，顾名思义就是将身边的能量收集起来。

通俗来讲，就是利用振动、光、热以及电磁波，“收获”在我们身边的小能量。

这种技术将“丢弃循环再利用”这个概念举行了十分形象的阐述。

从广义上讲，能够采集的能源包括各种来源，比如动能（风、波、重力、振动等）、电磁能（光伏、电磁波等）、热能（太阳热能、地热、温度变幻、燃烧等）、原子能（原子核能、发射性衰变等）或生物能（生物燃料、生物质能等）。

就如上面图1显示，我们生活周围有无数能源来源，例如汽车的振动和散热，基站的电磁波，大自然的风能等。

那么对于这些能源来说，我们将他们采集的意义为何？如何采集？又如何利用呢？
意义
有人举出无数例子来证实能源采集的益处，其实我有几个很容易的例子可以描述一下。

如果你离可以供电的设备十分远，恰好你身边的笔记本、手机等终端都没有电了，此时你应当怎么办？这个时候你就会在心里想是否还有比电池解决计划更好的供电计划呢？
现在能源采集技术广泛而多样化，我们今日讲到的微型能源采集技术就是一个比较明确的可替代电池的细分市场。

其实这种能源采集的技术已经有一些产品的应用。

例如最基础的太阳能充电计算器，心脏起搏器利专心跳采集能量供电，一些运动手表利用人体的运动振动转化成为手表的电能，广播产品采纳振动能为无线电系统供电，医用测量仪器利用手持振动对仪器蓄电，在这些例子里，不难看到的应用。

固然传感转换技术只是囫囵能量采集系统的一部分。

有效的能源采集系统包括十分多的组件，如芯片（DC-DC，PMIC）、超低功耗微处理器 ()、超低功耗存储器件比如铁电存储器（FRAM）以及RF模块。

不一样的“目标”
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微型压电式振动能量采集器原理及试验

工等特点。分析了压电材料的性能、种类以及压电效应产生的原理，介绍了现行振动能量采集器的类型。
关键词：电效应；压振动能量采集；电陶瓷压
中图分类号：Ｎ１Ｔ７２
文献标识码：Ａ
文章编号：０５２５（０２１— ０９０２９ — ９３２１）００２ — ３
的，例如：路上行进的汽车、厂里运行的机器设备、道工
１压电效应．１
压电效应反映的是压电晶体的弹性性能和介电性
能之间的相互耦合，可分为正压电效应和逆压电效应。
楼梯及一些小型的家用电器等。－Ｒｕｄ等人对１常ｓｏｎｙＪ３
生活中常见的几种振动源及频率进行了调查［，５见表１］。
当压电晶体受到应力作用时，在其某些面上会产生电荷，且应力与面电荷密度之间存在线性关系，这个现象
称为正压电效应；当压电晶体受到电场作用时，而在其某个方向上会产生应变，且电场强度与应变之间也存在线性关系，这种现象称为逆压电效应，、正逆压电效应能量转换如图１所示。本文介绍的微型压电式振动能量采集器可收集振
ＴｈｅｒｎｄＥｘｒｍｅｔｏｉｒｅｏｌｃｒｃＶｉａｉｎＥｎｅｇｌｅｔｒｏｙａｐｅｉｎｆＭｃｏＰｉｚｅｅｔｉｂｒｔｏｒｙＣｏｌｃｏｓ
Ｙｕ－ｉ０Ｊｅ－ａ，ＤｅＪＮＸｎＤｈｎ，ＹＮＳｕｎ－ｉｎＵＸｅｑａ，ＩｎｈｏＷＵＷｉＩｉ，ＡＩｅｇ，ＳＡＧｈａｇｊｇａ

振动能量收集技术的近况与展望

振动能量收集技术的近况与展望【摘要】振动能量收集技术是利用机械振动或震动来收集能量的一种新型技术。

本文对振动能量收集技术的原理、发展历程、关键技术和挑战、应用领域以及未来发展方向进行了详细阐述。

该技术在可穿戴设备、传感器等领域具有广泛的应用前景。

结合当前的技术发展趋势，振动能量收集技术有望在未来实现更广泛的应用，为人类生活带来便利。

振动能量收集技术的重要性正在逐渐被认识和重视，未来的发展前景十分乐观。

随着科技的不断进步，振动能量收集技术将持续突破创新，为社会的可持续发展做出更大的贡献。

【关键词】振动能量收集技术、原理、应用、发展历程、关键技术、挑战、可穿戴设备、传感器、未来发展方向、前景展望、重要性、发展趋势。

1. 引言1.1 振动能量收集技术的近况与展望振动能量收集技术是一种利用机械振动将环境中的机械能转换为电能的技术。

近年来，随着可穿戴设备、传感器等智能设备的飞速发展，振动能量收集技术也备受关注和重视。

在实际应用中，振动能量收集技术能够有效解决传统电池容量有限、寿命短、无法长时间供电的问题，为智能设备提供了一种绿色、可持续的能源解决方案。

未来，随着物联网、人工智能等新兴技术的不断发展，振动能量收集技术将有更广泛的应用场景。

在智能城市建设中，振动能量收集技术可以应用于智能交通系统、智能建筑、环境监测等领域，为城市智能化发展提供可靠的能源支持。

随着人们对节能环保的重视，振动能量收集技术也将成为未来绿色能源领域的重要组成部分，为实现可持续发展目标作出积极贡献。

振动能量收集技术的发展前景广阔，具有重要的现实意义和实用价值，必将在未来的科技领域发挥越来越重要的作用。

2. 正文2.1 振动能量收集技术的原理及应用振动能量收集技术是一种利用机械振动将机械能转换为电能的新兴技术，其原理基于振动能产生的动能可以通过适当的装置转换为电能。

振动能量收集技术通过将振动能转换为电能，实现了能源的有效利用和循环利用，具有很高的环保性和经济性。

电磁能量收集技术现状及发展趋势

电磁能量收集技术现状及发展趋势一、本文概述随着科技的飞速发展，能源问题已成为全球关注的焦点。

电磁能量收集技术，作为一种新型能源利用方式，近年来受到了广泛的关注和研究。

本文旨在全面概述电磁能量收集技术的当前发展状况，并探讨其未来的发展趋势。

我们将首先介绍电磁能量收集技术的基本原理和分类，然后详细分析各类电磁能量收集技术的优缺点，接着探讨其在实际应用中的挑战和前景，最后对电磁能量收集技术的发展趋势进行预测和展望。

通过本文的阐述，希望能为相关领域的研究者和从业者提供有价值的参考信息，推动电磁能量收集技术的进一步发展。

二、电磁能量收集技术基础电磁能量收集技术，也称为电磁能捕获或电磁能转换技术，是一种将环境中的电磁能转化为电能的技术。

其基础主要依赖于电磁感应和压电效应两种物理现象。

电磁感应是指当一个导体在变化的磁场中运动时，会在导体中产生电动势，从而产生电流。

而压电效应则是指某些材料在受到机械压力时，会产生电荷分离，从而产生电能。

电磁能量收集技术主要包括电磁振动能量收集、射频能量收集、静电能量收集等几种类型。

电磁振动能量收集主要利用环境中的机械振动转化为电能，例如利用桥梁、建筑物等基础设施的振动进行能量收集。

射频能量收集则是利用无线电波（如Wi-Fi、蜂窝网络等）中的射频能量进行收集，这种技术对于低功耗设备的无线供电具有重要意义。

静电能量收集则主要利用环境中的静电场进行能量收集，例如通过摩擦起电等方式。

电磁能量收集技术的核心在于能量转换效率，即能够将多少比例的环境电磁能转化为可用的电能。

电磁能量收集器的尺寸、重量、成本以及环境适应性等因素也是影响其应用的重要因素。

目前，电磁能量收集技术已经取得了显著的进展，尤其在微纳能源、物联网和可穿戴设备等领域的应用前景广阔。

随着科技的发展，电磁能量收集技术将会在能源转换、节能减排和环境保护等方面发挥更大的作用。

三、电磁能量收集技术的现状分析电磁能量收集技术，作为一种将环境中的电磁能转化为电能的技术，近年来得到了广泛的关注和研究。

新型振动能量收集器的设计与应用

新型振动能量收集器的设计与应用随着科技的发展，越来越多的新能源技术被广泛应用于工业、家庭和日常生活中。

并且为了更好地保护和利用自然资源，越来越多的人开始致力于研究和发展新型能源收集器，以便收集和利用我们周围的各种能量。

此时，新型振动能量收集器作为一种新型能量收集设备，就应运而生。

1. 振动能量收集器的设计与原理振动能量收集器是一种利用机械振动能转换为电能的设备，常见的振动源包括交通流、机械震动、风的振动等。

其工作原理是，通过与振动源之间的相互作用，将机械振动转换为电能。

具体来说，振动能量收集器采用压电材料或者磁电材料作为能量转换元件，当受到外界机械振动作用时，能量转换元件受到应力变形，从而生成电荷并输出电压和电流。

新型振动能量收集器的设计有很多创新之处，比如可以采用多层（multi-layer）能量转换器，提高能量转换效率。

2. 振动能量收集器的应用振动能量收集器的应用非常广泛，可以用于机械振动能量的收集，或者替代电源，实现低功耗、无线传输等更多实际应用。

比如，将振动能量收集器应用于钢铁冶炼管理系统，在采集机械振动信息的同时，也节约了电池更换的成本。

此外，振动能量收集器还可以应用于交通流量记录、温度监测、环境监测等领域。

比如，在道路上摆放振动能量收集器，可以利用交通流量的振动产生的能量来充电，同时获取路况信息和车辆通行数量等交通信息。

在温度监测方面，振动能量收集器也可以通过采集室内外的温度信息来实现自动调节温度的功能。

3. 新型振动能量收集器的优势和局限性与传统的太阳能、风能等收集器相比，振动能量收集器的最大优势在于其适用范围广，可以利用各种机械振动源进行能量转换，无需依赖太阳或热风等外部条件。

此外，振动能量收集器器件结构简单，体积小，制造工艺相对简单，成本也较低。

但是，振动能量收集器的局限性也不容忽视。

由于振动能量收集器的能量转换效率受机械振动源的影响较大，因此在稳定的机械振动源较少时，其能量转换效率可能会受到影响。

一种非谐振式MEMS电磁能量收集器

第58卷第3期 2021年3月徵鈉电子技术Micronanoelectronic TechnologyVol. 58 No. 3March 2021D O,: 10.13250/,c nk,w nd, 202,03.005一种非谐振式MEMS电磁能量收集器武绍宽a’b，李孟委a’b，金丽a’b，罗戴钟a’b(中北大学a.仪器与电子学院；b.前沿交叉学科研究院，太原030051)摘要：介绍了一种新型非谐振式微电子机械系统（M E M S)电磁振动能量采集器的设计、微加工和表征测试。

该能量收集器由M E M S结构、线圈、小型化N d F eB磁体和陶瓷基板组成。

建立结构模型对结构固有频率、位移和应力进行仿真。

利用M E M S技术制备能量收集器结构和A1线圈等关键部件，并结合嵌有永磁体的陶瓷基板进行组装，在组装过程中使用C u/S n倒装焊键合技术将陶瓷与芯片互连，成功制备出能量收集器原理样机。

利用振动台对样机性能进行测试，测试结果表明，实际加工能量收集器的谐振频率为5 241 H z,在1m/s2固定加速度以及7 H z振动频率条件下，经电路100倍放大测得该能量收集器最大输出电压为257 m V。

关键词：微电子机械系统（M E M S);能量采集器；电磁发电；陶瓷基板；微能源中图分类号：TM919; TH703 文献标识码：A文章编号：1671-4776 (2021) 03-0214-05 Non-Resonant MEMS Electromagnetic Energy HarvesterWu Shaokuana,b, Li Mengweia'b, Jin Lia-b, Luo Daizhonga'b(a. School o f In stru m en t a n d E lectronics；b. A ca d em y fo r A d v a n c e d In te r d is c ip lin a r y Research ,N o rth U n iv ersity o f C hina , T a iy u a n030051, C h in a)Abstract：The design, micro-machining and characterization test of a new type non-resonant micro-electromechanical system (M EM S) electromagnetic vibration energy harvester were introduced. The energy harvester was composed of MEMS structure, coil, miniaturized NdFeB magnet and ceramic substrate. A structural model was established to simulate the natural frequency, displacement and stress of the structure. And the energy harvester structure and A1 coils and other key components were prepared by MEMS technology, and the package was completed by combining with the ceramic substrate embedded with permanent magnets. The Cu/Sn flip-chip bonding technology was used for interconnection of ceramic substrate and chip in the assembly process, and the prototype of the energy harvester was successfully prepared. Finally, a vibration table was used to test the performance of the prototype. The test results show that the resonance frequency of the actual processed energy harvester is 5 241 Hz. Under the conditions ofa fixed acceleration of 1m/s2and a vibration frequency of 7 Hz, the maximum output voltage ofthe energy harvester is 257 mV after 100 times amplification of the circuit.Key words：micro-electromechanical system (MEMS) ；energy harvester；electromagnetic power generation；ceramic su b strate；micro energyEEACC：8460收稿日期：2020-09-02基金项目：国家自然科学基金资助项目（61571405，61573323)通信作者：李孟委，E-mail: ***************214武绍宽等：一种非谐振式M E M S电磁能量收集器0引百近年来，随着微电子机械系统（M EM S)技术和集成电路的迅速发展，传感器尺寸越来越小，功耗越来越低，极大地促进了物联网和智能产品的发展，改善了人们的生活水平〜2]。

mems能量采集技术的应用

mems能量采集技术的应用Mems能量采集技术的应用引言：随着电子设备的迅速普及和移动技术的快速发展，人们对电池续航能力的需求越来越高。

然而，传统电池的容量有限，无法满足长时间的使用需求。

为了解决这一问题，科学家们研究并提出了各种可用于替代或增强电池能力的技术。

其中，mems能量采集技术因其小巧、高效、可持续的特点，成为了目前研究热点之一。

本文将详细介绍mems能量采集技术的定义、原理以及当前主要应用领域，并展望其未来的发展趋势。

第一部分：mems能量采集技术的定义和原理1.1 mems能量采集技术的定义mems是微机电系统（microelectromechanical systems）的英文缩写，是一种通过微纳技术制造出的微型机器设备，包括传感器、执行器以及能量管理单元。

mems能量采集技术是利用这些微型设备，通过接收和转换环境中的能量，将其转化为电能用于供电的一种技术。

1.2 mems能量采集技术的原理mems能量采集技术的原理基于能量转换的概念，其过程可以分为能量源、能量传输和能量转换三个阶段。

能量源：mems能量采集技术可以利用环境中的各种能量源，如太阳能、振动能、温差能等。

这些能量源可以被mems设备收集和利用。

能量传输：能量传输是将收集到的能量从环境中传输到mems设备的过程。

这一步可以通过无线充电、电磁感应等方式来实现。

能量转换：一旦能量传输到mems设备，其内部的能量管理单元会将输入的能量进行转换和存储。

这可以通过将振动能转换为电能、将光能转换为电能等方式来实现。

第二部分：mems能量采集技术的应用领域2.1 物联网领域物联网是当今社会中一个持续快速发展的领域，mems能量采集技术在其中有着广阔的应用前景。

由于物联网设备的数量巨大且分布广泛，常规的电池更换和充电的方式变得异常困难。

而mems能量采集技术的小巧灵活特性使其能够轻易地嵌入到物联网设备中，利用环境能量为其供电，既提高了便携性，又减少了用户的维护成本。

磁电式能量采集器的设计以及应用分析

磁电式能量采集器的设计以及应用分析摘要：针对目前振动能量采集器只能拾取环境振动中一个方向的能量，以及响应频带较窄的问题，提出并设计了一种由弹性圆柱悬臂梁、环形磁路和复合磁电换能器组成的多方向宽频带振动能量采集器。

圆柱悬臂梁具有在其横截面内沿任意方向振动的特性，同时，借助磁力耦合，使任意方向振动具有非线性的特点，从而采集器实现多方向宽频带振动能量拾取。

理论推导了磁力作用下圆柱悬臂梁的非线性动力学方程，以及电压输出模型；借助磁场分析软件AnsoftMaxwell分析了矩形、圆形和环形永磁铁分别组成3种磁路的磁场分布，研究了不同磁路中磁力、磁场强度及其变化量等因素对动力学方程和电压输出的影响，为获得更优性能的采集器提供了设计依据。

实验结果表明：在5．88m/s2的加速度下，具有环形磁路的采集器能够拾取0°～180°多方向的振动能量，各个方向响应频带宽度达到4．4～5．6Hz；负载电阻为3MΩ时，采集器输出0．5mW的最大功率。

关键词：磁电式能量采集器；设计；应用分析引言无线传感器网络是二十一世纪影响人们生活的关键技术之一，具有广阔的应用前景，而微型能量采集器因最有可能代替传统电池为其节点供电，已成为国内外的研究热点。

重点介绍了国内外压电式及磁电式微型能量采集器的研究进展；分析了其结构设计、器件性能，包括器件固有频率、输出电压以及输出功率等关键性参数，总结了其能量收集模块与能量储存模块的优缺点，对未来研究工作所面临的挑战及发展趋势进行了讨论。

1原理分析振动能量采集器由弹性圆柱悬臂梁、环形磁路、磁电换能器和壳体构成。

环形磁路由2对相同厚度的圆环和圆柱永磁体嵌套而成；磁电换能器由沿y轴方向磁化的磁致伸缩层和沿z轴方向极化的压电层复合而成，固定在环形磁路空气隙中的支座上；左侧相对换能器静止不动的永磁体称为静止永磁体，右侧相对换能器可以多方向振动的永磁体和质量块统称为运动永磁体；圆柱悬臂梁的一端连接运动永磁体，另一端固定在采集器的壳体上。

电磁能量收集技术现状及发展趋势

电磁能量收集技术现状及发展趋势一、引言电磁能量收集技术是指利用电磁波的能量，通过特殊的装置将其转化为电能的技术。

近年来，随着移动通信、无线充电等应用的普及，电磁能量收集技术受到了越来越多的关注。

本文将介绍电磁能量收集技术的现状及发展趋势。

二、电磁能量收集技术概述1. 工作原理电磁能量收集技术利用电磁波的传输特性和天线接受器件对电磁波进行捕获并转化为直流电源供给设备使用。

其基本原理是利用天线接受器件对周围环境中存在的微弱无线信号进行捕获，并将其转化为直流电源。

2. 应用领域目前，电磁能量收集技术已经广泛应用于移动通信、智能家居、医疗设备等领域。

例如，在移动通信领域，用户可以通过手机自带天线捕获周围环境中存在的微弱无线信号，并将其转换为手机充电所需的直流电源。

三、现有技术分类与比较1. 无线充电技术无线充电技术是指利用电磁波的能量，通过特殊的装置将其转化为电能的技术。

该技术可以分为近距离无线充电和远距离无线充电两种类型。

近距离无线充电技术主要用于智能手机、智能手表等设备的充电，而远距离无线充电则可用于城市公共设施、汽车等领域。

2. 环境收集型技术环境收集型技术是指利用周围环境中存在的微弱无线信号进行捕获，并将其转化为直流电源供给设备使用的一种技术。

该技术可以广泛应用于移动通信、智能家居、医疗设备等领域。

3. 感应式耦合技术感应式耦合技术是指利用感应原理，通过变压器将传输功率进行传递的一种技术。

该技术主要应用于工业自动化、医疗设备等领域。

四、未来发展趋势1. 提高转换效率目前，电磁能量收集技术在转换效率方面还存在一定的问题。

未来，随着技术的不断发展，人们将会采用更加先进的技术手段，提高电磁能量收集技术的转换效率。

2. 拓展应用领域电磁能量收集技术具有广泛的应用前景。

未来，人们将会探索更多的应用领域，并将其应用于更加广泛的场景中。

3. 加强标准化建设标准化建设是保障电磁能量收集技术正常运行的重要保障。

未来，人们将会加强对电磁能量收集技术标准化建设的关注，并制定更为完善、严格的标准和规范。

振动能量收集技术

振动能量收集技术振动能量收集技术是一种利用机械振动转化为电能的技术。

它可以将各种形式的振动能量，如机械振动、声波振动、光电振动等转化为电能，以供电子设备使用。

振动能量收集技术具有广泛的应用前景，可以应用于智能穿戴设备、无线传感器网络、无线充电等领域。

我们来了解一下振动能量收集技术的基本原理。

振动能量收集技术基于能量转化原理，通过将机械振动转化为电能。

一般来说，振动能量收集系统由振动能量收集器、能量转换器和能量存储器组成。

振动能量收集器负责收集振动能量，能量转换器将机械振动能量转化为电能，而能量存储器则用于储存电能。

振动能量收集技术的应用领域非常广泛。

首先，它可以应用于智能穿戴设备。

随着智能穿戴设备的兴起，振动能量收集技术可以利用人体行走、手臂摆动等机械振动能量，为智能手表、智能眼镜等设备提供电能，从而延长其使用时间，提高用户体验。

振动能量收集技术可以应用于无线传感器网络。

无线传感器网络通常由大量的传感器节点组成，这些节点需要定期更换电池以供电。

而利用振动能量收集技术，可以将环境中的机械振动能量转化为电能，为传感器节点提供持续稳定的电源，从而降低了维护成本，延长了传感器网络的寿命。

振动能量收集技术还可以应用于无线充电。

无线充电是一种方便、高效的充电方式，可以摆脱传统的有线充电方式。

利用振动能量收集技术，可以将环境中的机械振动能量转化为电能，用于为无线充电设备供电，实现无线充电的便捷性和高效性。

除了上述应用领域，振动能量收集技术还可以应用于智能建筑、智能交通等领域。

例如，在智能建筑中，可以利用楼梯的振动能量为楼梯照明系统供电；在智能交通中，可以利用道路上的车辆振动能量为交通信号灯供电。

尽管振动能量收集技术在各个领域具有广泛的应用前景，但是目前仍面临一些挑战和难题。

首先，振动能量收集技术的转换效率相对较低，需要进一步提高。

其次，振动能量的收集范围和收集效果受到环境条件的影响，需要进行针对性的优化设计。

高性能静电式MEMS振动能量收集器

⾼性能静电式MEMS振动能量收集器
IMEC和松下联合研发了⼀款基于波纹状SiO2-Si3N4驻极体的新型MEMS振动能量收集器。

该器件仅有1cm2⼤⼩，为汽车胎压监测系统（TPMS）开发。

当发⽣正弦振动时，它的最⼤发电功率为160µW。

如应⽤于汽车轮胎中，其发电功率⼤概为10~50µW，这可以满⾜TPMS模块供电需求。

这款能量收集器论⽂发表于第⼗七届固态传感器、执⾏器和微系统国际会议中（巴塞罗那）。

图1 新型MEMS振动能量收集器的设计
为了提⾼道路⾏车安全，美国和欧盟已经强制汽车安装TPMS。

对于⽤户来说，希望TPMS经济耐⽤，并且在轮胎的使⽤寿命期内不需要更换电池。

由于汽车⾏驶时，安装在轮胎⾥的TPMS处于持续的机械振动状态，所以⼀个潜在的解决⽅案就是使⽤振动能量收集以解决电池问题。

采⽤MEMS技术⽣产的静电式能量收集器不仅可以实现机械能转换为电能，还能降低⽣产成本、提⾼可靠性。

该能量收集器采⽤三个晶圆堆叠键合的⽅式制造，中间的晶圆包含⼀个由质量块和弹簧组成的硅基机械谐振器，质量块底部有波纹状SiO2-Si3N4驻极体。

下⽅的玻璃晶圆包含两个⾦属电极，连接到⼀个负载电路上。

上⽅的玻璃晶圆⽤来做密封帽（可实现真空封装），以保护器件。

当能量收集器受到外部振动时，质量块产⽣相对运动，最终进⼊谐振状态，并且由固定电荷的驻极体产⽣的电场诱导下⽅晶圆上的两个电极充电。

各电极上反向充电的量等于穿过其表⾯的电位移磁通量。

当质量块携带驻极体⼀起运动时，间隙中的电场发⽣改变，引起电极间的充电，从⽽使得电流在连接两个电极的负载电路中流动。

微型压电能量收集器的研究现状和发展趋势

于加工制作和实现机构的微小化Ｌ以及它们能在４＿引，无法进入的地方和有弹性嵌入的系统中简单实施，
１能量收集关键技术与物理模型
任何系统都有其本征特性，械特性可以用两机
个参数描述：阻尼系数和本征频率．般地，用单一利
目前，国研究者提出的能量采集器的类型主要有各
三种：电式、电式以及电磁式．压静三者之中，电式压
类型、电材料、电能量收集器系统结构、压压系统结构优化的方法、电能量收集器电路系统，压以及在不
集器有着最简单的结构但同时也能传递相对较大的电能输出，由于高效率的电能转化，了提高微型设为备电能供应的效率，用压电薄膜早已被极力推使崇［．多关于在中尺寸（８很］厘米级）的能量采集，以替
同领域的应用，最后提出压电薄膜能量收集器的发
展趋势．
能量收集器具有可与ＭＥＭＳ技术很好地集成、量能输出密度大、须启动电源、量采集装置结构简无能单、发热、电磁干扰、污染、不无无寿命几乎无限、易
进一步开展［．
术还没有完全的能力减小传感器节点的尺寸或者替代传统电池而使其应用被限制［．２因此，型能量收］微
集材料和系统已经成为一个重要的研究领域并且发展迅速［，３能量收集器越来越多地受到人们的关注．］

一种宽频的磁式压电振动能量采集器

（海交通大学微纳科学技术研究院微米／米加工技术国家级重点实验室上纳
薄膜与微细技术教育部重点实验室。上海２０４）０２０摘要：基于环境能量采集的压电振动能量采集器为无线传感器和微机电系统的长期供能提供了一种有
ｄｖｌｐｄｐｅｏｌｃｒｉｒｔｎｅｅｇａｖｓｅｎｏｎｅｓｐｏｌｍｓｏｉｈｆｅｕｎｙａｄｎｒｗｅｕｎｙｅｅｏｅｉｚｅｅｔｃｖｂａｉｎｒｈｒｅｔｒｅｃｕｔｒｒｂｅｆｈｇｑｅｃｎａｒｆｑｅｃｉｏｙｒｏｒｂｎ．Ａｉｚｅｅｔｃｉｒｔｎｎｒｈｒｅｔｒｗｏｋｎａｌｗｒｑｅｃｅａｄｈｂｏｄａｄｒｑｅｃａｄｐｅｏｌｃｒｖｂａｉｅｅｇｉｏｙａｖｓｅｒｉｇｔｏｆｕｎｉｓｎｔｅｒａｂｎｆｕｎｙｅｅｅｖｒｎｎｓｐｅｅｔｄ，ｎｅｔｓｓｅｉｂｉｏａａｙｅｔｅｔｓｄｖｃ．ｅｐｒｎｎｇｅｓｐａｅｎｎｉｍｅｔｉｒｓｎｅａｄａｔｓｙｔｍｓｕｌｔｎｚｈｅｔｅｉｅＴｈｅｍａｅｔｏｔｌｍａｎｔｌｃｄｏｉｔｅｐｅｏｌｃｒａｔｅｅｅｌｃｈａｉｏａｓ，ｎｏｐｅｏｅｍａｅｔｇｅｓｉａｓｌｃｄｏｅｈｉｚｅｅｔｃｃｎｉｖｒｔｒｐａｅｔｅｔｄｔｎｍａｓａｄａｃｕｌｆｒｎｎｉｌｏｒｉｌｐｍａｎｔｓｌｏｐａｅｎｔｈｕｐｒａｄａｏｅｏｅｐｅｏｌｃｒｃｃｎｉｖｒｒｓｅｔｅｙＥｐｒｍｅｔｓｃｒｉｄｏｔｎｅｅ０５ｇｃｅｅａｉｎｐｅｎｂｖｆｈｉｚｅｅｔａｔｅｅｅｐｃｉｌ．ｘｅｉｎａｒｅｕｄｒｔ．ｎｃｌｒｔｔｉｌｖｉｕｈａｏ