一种能量采集器、电源和无线传感器网络系统技术方案

一种能量采集器电源和无线传感器网络系统，能量采集器包括：有机硅衬底芯片和设置在有机硅衬底芯片上的三维结构梁芯片；有机硅衬底芯片包括：下层基板、设置于下层基板上表面的电极层和设置于电极层上表面的高分子聚合物摩擦层；三维结构梁芯片包括：硅质基板、柔性环形梁、质量块以及镀于质量块下表面的金属纳米线摩擦层；硅质基板为环形结构，质量块设置于硅质基板的圆心位置，其通过柔性环形梁与硅质基板相连，高分子聚合物摩擦层表面与金属纳米线摩擦层之间设置有预设间隙。在振动时，所述质量块可沿多个方向运动，因此，采用本申请上述实施例公开的技术方案可采集多个方向上的振动能量，因此提高了振动能量的采集效率。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及能量转换装置
，更具体地说，涉及一种能量采集器、电源和无线传感器网络系统。
技术介绍
无线传感器网络在环境监测、智能家居、交通运输、医疗健康等领域具有广泛的应用前景，越来越受到人们的重视。然而由于传感器节点部署环境和实际应用的要求，决定了传感器节点的供电电源大多数情况下不可能接入正常的电力系统供电，但是采用电池供电的方式又存在着成本高、寿命短、更换麻烦等问题，如何稳定有效地为传感器节点提供电源，成为当前无线传感网络技术的关键问题。在自然环境中具有各种丰富的能源，机械振动能便是其中的一种，它以不同的形式、强度和频率广泛存在于桥梁、楼宇、交通工具、机械设备、家用电器等各种生产和生活设备中。目前在多频机械振动能量采集方面的研究普遍只具有单一的激振方向，不能满足多方向能量采集的需求，因此导致能量采集效率低。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种能量采集器、电源和无线传感器网络系统，用于解决现有的技术方案能量采集效率低的问题。为了实现上述目的，现提出的方案如下:一种能量采集器，包括:有机硅衬底芯片和设置在所述有机硅衬底芯片上的三维结构梁芯片；所述有机硅衬底芯片包括:下层基板、设置于所述下层基板上表面的电极层和设置于所述电极层上表面的高分子聚合物摩擦层； 所述三维结构梁芯片包括:硅质基板、柔性环形梁、质量块以及镀于所述质量块的下表面的金属纳米线摩擦层；所述硅质基板为环形结构，所述质量块设置于所述硅质基板的圆心位置，所述硅质基板与所述质量块之间通过所述柔性环形梁相连，所述柔性环形梁能够依据所述质量块的运动拉伸和收缩；其中，所述高分子聚合物摩擦层表面与所述金属纳米线摩擦层表面正对，两者之间设置有预设间隙。优选的，上述能量采集器中，所述下层基板的上表面设置有突起结构，所述电极层和高分子聚合物摩擦层镀于所述突起结构的外表面；所述质量块的下表面镀有金属纳米线摩擦层；所述下层基板上的突起结构与质量块下表面正对，并预设间隙。优选的，上述能量采集器中，所述有机硅衬底芯片和三维结构梁芯片采用可拆卸方式相连。优选的，上述能量采集器中，所述电极层为导电金属层。优选的，上述能量采集器中，所述质量块和所述下层基板均为圆柱形结构，所述下层基板的上表面与所述质量块的下表面正对。—种电源，应用有上述任意一项公开的能量采集器。一种无线传感器网络系统，所述无线传感器网络系统中的节点电源为上述的电源。从上述的技术方案可以看出，本申请公开的能量采集器，在振动时，所述质量块可沿多个方向运动，因此，采用本申请上述实施例公开的技术方案可采集多个方向上的振动能量，因此提高了振动能量的采集效率。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种能量采集器的结构示意图；图2为本申请实施例提供的能量采集器工作过程及原理示意图。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为了提高机械振动能的采集效率，本申请公开了一种能量采集器，图1为本申请实施例公开的能量采集器的结构示意图，参见图1，包括:有机硅衬底芯片2和设置在所述有机硅衬底芯片2上的三维结构梁芯片1 ;所述有机硅衬底芯片2包括:下层基板7、设置于所述下层基板7的上表面的电极层和设置于所述电极层上表面的高分子聚合物(polydimethylsiloxane，PDMS)摩擦层6 ；所述三维结构梁芯片1包括:硅质基板5、柔性环形梁4、质量块3以及镀于所述质量块3的下表面的金属纳米线摩擦层301 ；所述硅质基板5为环形结构，所述质量块3设置于所述硅质基板5的圆心位置，所述柔性环形梁4可以为环形结构，所述硅质基板5与所述质量块3之间通过所述柔性环形梁4相连，所述柔性环形梁4能够依据所述质量块3的运动拉伸和收缩；其中，所述高分子聚合物摩擦层6的表面与所述金属纳米线摩擦层301的表面正对，两者之间设置有预设间隙。当采用本申请上述实施例公开的能量采集器对振动能进行采集时，当外界环境中出现振动时，所述质量块3可跟随所述振动的振动方向进行运动，这是由于所述质量块3是通过所述柔性环形梁4与所述硅质基板5相连的，且由于所述柔性环形梁4能够依据所述质量块3的运动拉伸和收缩，因此，所述质量块3可在三维空间内沿任意方向运动，因此本申请上述实施例中，在进行振动能量采集时，所述质量块3可沿多个方向运动，因此，本申请上述实施例公开的能量采集器可采集多个振动方向上的振动能量，因此提高了振动能量的米集效率。为了方便用户更加直观的了解本申请公开的能量采集器，本申请还对所述能量采集器的能量采集过程和原理进行简单的说明介绍:参见图2，a表示所述下层基板7的上表面具有电极层，当受外界环境影响质量块3出现振动时，所述金属纳米线摩擦层301在所述质量块3的带动下逐渐接近所述高分子聚合物摩擦层(聚合物层)6，其中，所述高分子聚合物摩擦层6具有易得电子的特性，所述金属纳米线摩擦层301具有易失电子的特性，当所述金属纳米线摩擦层301和高分子聚合物摩擦层6在所述质量块3的带动下相接触时，金属纳米线摩擦层上的负电荷流入电极层a，使得a上的正电荷减少，金属纳米线层的正电荷增加，然后再在所述质量块3的带动下所述高分子聚合物层6与所述金属纳米线层301分离。具体的，本申请上述实施例中，所述下层基板7的上表面设置有突起结构，所述电极层和高分子聚合物摩擦层6镀于所述突起结构的外表面；所述质量块3的下表面镀有金属纳米线摩擦层301 ;所述下层基板7上的突起结构与质量块3下表面正对，并预设间隙。[0当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量采集器，其特征在于，包括：有机硅衬底芯片和设置在所述有机硅衬底芯片上的三维结构梁芯片；所述有机硅衬底芯片包括：下层基板、设置于所述下层基板上表面的电极层和设置于所述电极层上表面的高分子聚合物摩擦层；所述三维结构梁芯片包括：硅质基板、柔性环形梁、质量块以及镀于所述质量块下表面的金属纳米线摩擦层；所述硅质基板为环形结构，所述质量块设置于所述硅质基板的圆心位置，所述硅质基板与所述质量块之间通过所述柔性环形梁相连，所述柔性环形梁能够依据所述质量块的运动拉伸和收缩；其中，所述高分子聚合物摩擦层表面与所述金属纳米线摩擦层表面正对，两者之间设置有预设间隙。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘会聪，陈涛，夏月冬，孙立宁，刘文杰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32