一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置，高温电极分为左高温电极和右高温电极，金属薄板、左高温电极、高温压电晶体、右高温电极和散热片依次同轴层叠固定设置，螺栓由金属薄板的左侧贯穿至散热片的右侧并通过垫片和螺母固定连接；金属薄板接收发射的激光，利用激光加热使其短时间内温度升至高温，热量传导到高温压电晶体的左侧，而右高温电极连接散热片，在高温压电晶体上产生温度变化，使得高温压电晶体通过热释电效应将热能转化为电能，并由左高温电极和右高温电极连线引出，为传感器网络的内置电池进行充电。

A new laser wireless charging device based on pyroelectric pyroelectricity

The invention provides a novel laser wireless charging device based on high temperature pyroelectricity. The high temperature electrode is divided into left high temperature electrode and right high temperature electrode. The metal sheet, left high temperature electrode, high temperature piezoelectric crystal, right high temperature electrode and heat sink are arranged in coaxial layers successively. The bolt is penetrated from the left side of the metal sheet to the heat sink. The right side is fixed by a gasket and a nut; the metal sheet receives the laser emitted and uses the laser to heat it up to high temperature in a short time. Heat is transmitted to the left side of the high-temperature piezoelectric crystal, while the right high-temperature electrode connects the radiator to produce a temperature change on the high-temperature piezoelectric crystal so that the high-temperature piezoelectric crystal passes through. Pyroelectric effect converts thermal energy into electrical energy, which is charged to the built-in battery of the sensor network by connecting the left and right high temperature electrodes.

【技术实现步骤摘要】
一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置
本专利技术应用于无线充电领域，特别涉及一种基于激光加热原理和压电晶体的热释电效应，先将激光能量转化为热能，再将其转化为电能，为无线传感器网络内置电池充电的装置。
技术介绍
近年来，基于低成本、低功耗、小体积的传感器节点的无线传感器网络(WSN)受到了越来越广泛的关注，通常情况下，这些无线传感网络节点设备都是依靠传统的电池来提供能量，如镍氢电池、锂聚合物电池等。传统电池存在一些缺点，其寿命有限，不可循环利用，使用一段时间后需要更换或者充电，维护不便成本巨大。因此，研究人员提出自供电方式(太阳能发电、压电供能)，能从周围环境吸收能量，转化为电能为无线传感网络内置电池充电或替代电池供电。但是太阳能的能量输出大小及收集效率受阴雨天气、体积等缺点的限制；而压电振动能量收集也主要依赖于周围环境的振动，这些自供电的方式受环境限制过大，无法得到一个稳定高效的能量供给。而主动供能方式受环境的限制较小，能够稳定可控地提供能源供给。主动供能的无线充电技术按照使用的电磁波的频段进行划分，总体上可以分为两大类:基于非辐射电磁场(近场频段)和基于辐射性的电磁场(远场频段)。但是近场频段的无线充电方式传输距离较短，不适用于户外供电。远场频段中的基于光伏效应的激光充电方式可实现远距离供能，2016年，俄罗斯“能源”火箭航天公司用激光为手机充电，在1.5km以外成功为手机充电1h。虽然能有效地进行远距离输电，但是这种充电方式也存在一些缺陷，其一是光伏电池接收的激光强度有限制，强度过大时，光伏电池的输出特性下降；其二光伏电池不耐高温，在高强度激光照射时，电池材料会热熔，导致其在大功率供能的传输领域的应用受到了限制。因而对能耐高温、可以进行大功率激光能量传输技术提出了要求。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于高温热释电的新型激光无线充电方法，提供了一种耐高温，能传输大功率激光能量的技术手段，为无线传感网络内置电池进行充电，特别涉及一些诸如高温，高空，化学腐蚀等极端环境，解决诸如桥梁上的监测传感器网络的电池充电问题，作业人员在地面上对准安装在桥梁上该装置的金属薄板发射激光，利用激光加热金属薄板，再通过高温压电晶体的热释电效应将热能转化为电能，为传感器网络的内置电池进行充电。本专利技术通过如下技术方案来解决上述存在的技术问题:一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置，包括螺栓、金属薄板、高温压电晶体、垫片、螺母、散热片、高温电极；所述高温电极分为左高温电极和右高温电极，所述金属薄板、左高温电极、高温压电晶体、右高温电极和散热片依次同轴层叠固定设置，所述螺栓由金属薄板的左侧贯穿至散热片的右侧并通过所述垫片和螺母固定连接；所述金属薄板接收发射的激光，利用激光加热使其短时间内温度升至高温，热量传导到高温压电晶体的左侧，而右高温电极连接散热片，在高温压电晶体上产生温度变化，使得高温压电晶体通过热释电效应将热能转化为电能，并由左高温电极和右高温电极连线引出，为传感器网络的内置电池进行充电。在一较佳实施例中：所述金属薄板的材质为铝。在一较佳实施例中：所述压电晶体的材料为稀土钙硼酸盐ReCa4O(BO3)3。在一较佳实施例中：所述压电晶体为单片或多片结构。在一较佳实施例中：所述压电晶体的形状为成圆形或方形。在一较佳实施例中：所述高温电极为铂电极。在一较佳实施例中：所述高温电极为块状或者薄膜电极。相对于现有的发电技术，本专利技术具有以下优点和有益效果：1.本专利技术优点之一是避免了维护人员近距离接触极端环境的风险，保证了维护人员的作业安全，能从远距离对高处的传感器网络的内置电池进行充电。2.本专利技术优点之二是相比大阳能发电，压电振动方式的被动供电，在有太阳照射或振动产生的时候才会提供电能，受环境限制较大，而本专利技术中的新型激光无线充电方式，是一种半自动供电方式，维护人员只需定期对传感器网络的内置电池进行集中充电即可。3.本专利技术优点之三是相对于基于光伏效应的激光充电技术，由于光伏电池材料特性的限制，采用高温压电晶体能耐高温的特性，有望实现大功率激光能量传输。附图说明图1为本专利技术优选实施例中基于高温热释电的新型激光无线充电装置的爆炸图；图2为本专利技术优选实施例中基于高温热释电的新型激光无线充电装置的组装图。具体实施方式以下通过附图对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不仅限于此实施例。结合图1-2所示，本专利技术提供一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置，包括螺栓1、金属薄板2、高温压电晶体3、垫片4、螺母5、散热片6、高温电极7；所述高温电极7分为左高温电极和右高温电极，所述金属薄板2、左高温电极、高温压电晶体3、右高温电极和散热片6依次同轴层叠固定设置，所述螺栓1由金属薄板2的左侧贯穿至散热片6的右侧并通过所述垫片4和螺母5固定连接；这样就将上述的所述金属薄板2、左高温电极、高温压电晶体3、右高温电极和散热片6同轴层叠固定设置在一起了。作业人员在地面上对准安装在桥梁上激光供电设备的金属薄板2发射激光，金属薄板2接收发射的激光，利用激光加热使其短时间内温度升至高温，热量传导到高温压电晶体3的左侧，而右高温电极7的右侧连接散热器6，在高温压电晶体3上形成温度差，而其具有的热释电效应将热能转化为电能，并由高温电极7连线引出，为传感器网络的内置电池进行充电。本实施例中，所述金属薄板2的材质为铝，也可以是其它材质的金属、。所述高温压电晶体3的材质为稀土钙硼酸盐ReCa4O(BO3)3，也可以是其它具有热释电效应的高温压电材料。所述高温压电晶体3为单片结构，也可以设计成多片结构。所高温压电晶体3的形状为方形，也可以设计成圆形。所述高温电极7的材质为铂(Pt)电极，也可以是其它耐高温的电极。所述高温电极7为块状电极，也可以是薄膜电极。所述散热片可以选取不同种类规格，本实施例中为铝制合金散热片。综上所述，本专利技术提出的基于高温热释电的新型激光无线充电方法能实现大功率激光能量的传输，进行远距离无线充电，避免了维护人员直面极端环境和高空作业的危险，供能不受周围环境的限制，可以稳定高效地为传感器网络的内置电池进行远距离充电。显然，本专利技术的上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利技术所作的举例，而并非是对本专利技术的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术权利要求的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置，其特征在于：包括螺栓、金属薄板、高温压电晶体、垫片、螺母、散热片、高温电极；所述高温电极分为左高温电极和右高温电极，所述金属薄板、左高温电极、高温压电晶体、右高温电极和散热片依次同轴层叠固定设置，所述螺栓由金属薄板的左侧贯穿至散热片的右侧并通过所述垫片和螺母固定连接；所述金属薄板接收发射的激光，利用激光加热使其短时间内温度升至高温，热量传导到高温压电晶体的左侧，而右高温电极连接散热片，在高温压电晶体上产生温度变化，使得高温压电晶体通过热释电效应将热能转化为电能，并由左高温电极和右高温电极连线引出，为传感器网络的内置电池进行充电。

【技术特征摘要】
1.一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置，其特征在于：包括螺栓、金属薄板、高温压电晶体、垫片、螺母、散热片、高温电极；所述高温电极分为左高温电极和右高温电极，所述金属薄板、左高温电极、高温压电晶体、右高温电极和散热片依次同轴层叠固定设置，所述螺栓由金属薄板的左侧贯穿至散热片的右侧并通过所述垫片和螺母固定连接；所述金属薄板接收发射的激光，利用激光加热使其短时间内温度升至高温，热量传导到高温压电晶体的左侧，而右高温电极连接散热片，在高温压电晶体上产生温度变化，使得高温压电晶体通过热释电效应将热能转化为电能，并由左高温电极和右高温电极连线引出，为传感器网络的内置电池进行充电。2.根据权利要求1所述的基于高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦利锋，欧阳溯，张金惠，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35