適用於物聯網的電磁和壓電複合式低頻振動能量採集器

《適用於物聯網的電磁和壓電複合式低頻振動能量採集器》是依託北京大學，由張海霞擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：適用於物聯網的電磁和壓電複合式低頻振動能量採集器
• 項目負責人：張海霞
• 項目類別：面上項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

本項目針對物聯網中大量套用的無線感測器節點的供能問題,提出了採用微加工技術製備基於電磁和壓電電磁複合式低頻振動能量採集器的集成供能平台。在結構設計上創新地提出電磁和壓電複合式的能量轉換結構，並創新的採用幾種新型升頻結構來提高輸出效率，包括重複單元的倍頻提升技術、振動梁的頻率突變技術、大範圍的頻率拓展技術等。為了提高能量採集器在低頻下的輸出功率，通過理論計算和仿真模擬，對器件尺寸，磁場分布等參數進行最佳化，從而實現低頻下的高效能量採集器。在加工技術上，採用電鍍磁性材料技術，解決磁性材料製備與CMOS微加工兼容這一工藝難題，從而實現低頻下的高效能量採集器。這種能量採集器具有工藝兼容性強、易於系統集成、可批量加工、輸出功率高、套用範圍廣、成本低廉等特點，在物聯網及相關領域具有廣闊的套用前景。

結題摘要

本項目針對物聯網中大量套用的無線感測器節點的供能問題, 提出了採用微加工技術製備基於電磁、壓電、摩擦及三者複合的低頻振動能量採集器的集成供能平台。在結構設計上創新地提出電磁和壓電複合式的能量轉換結構，並創新的採用幾種新型升頻結構來提高輸出效率，包括重複單元的倍頻提升技術、振動梁的頻率突變技術、大範圍的頻率拓展技術等。為了提高能量採集器在低頻下的輸出功率，通過理論計算和仿真模擬，對器件尺寸，磁場分布等參數進行最佳化，從而實現低頻下的高效能量採集器。在加工技術上，採用電鍍磁性材料技術，解決磁性材料製備與 CMOS 微加工兼容這一工藝難題，從而實現低頻下的高效能量採集器。這種能量採集器具有工藝兼容性強、易於系統集成、可批量加工、輸出功率高、套用範圍廣、成本低廉等特點，在物聯網及相關領域具有廣闊的套用前景。 根據以上任務要求，本項目從以下三個方面展開，並取得了優異的成果。 首先，對複合能量採集器進行系統仿真：通過仿真獲取複合能量採集器的關鍵參數，利用這些參數提升能量採集的效率。 其次，探索微加工製備能量採集器的關鍵工藝方法：通過加工工藝的實驗探索，得到了高效、可靠製作能量採集器的關鍵微加工工藝方法，為大規模、高可靠的能量採集器的製備奠定了基礎。 最後，製備多種採集方式耦合的能量採集器：集合多種能量採集方式的優點，在提升單一能量採集方式效率的基礎上，製備了多種採集方式耦合的能量採集器，提升能量採集的性能。