一種能量采集器、電源和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及能量轉(zhuǎn)換裝置技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種能量采集器、電源和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測、智能家居、交通運(yùn)輸、醫(yī)療健康等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，越來越受到人們的重視。然而由于傳感器節(jié)點(diǎn)部署環(huán)境和實(shí)際應(yīng)用的要求，決定了傳感器節(jié)點(diǎn)的供電電源大多數(shù)情況下不可能接入正常的電力系統(tǒng)供電，但是采用電池供電的方式又存在著成本高、壽命短、更換麻煩等問題，如何穩(wěn)定有效地為傳感器節(jié)點(diǎn)提供電源，成為當(dāng)前無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵問題。
[0003]在自然環(huán)境中具有各種豐富的能源，機(jī)械振動能便是其中的一種，它以不同的形式、強(qiáng)度和頻率廣泛存在于橋梁、樓宇、交通工具、機(jī)械設(shè)備、家用電器等各種生產(chǎn)和生活設(shè)備中。
[0004]目前在多頻機(jī)械振動能量采集方面的研究普遍只具有單一的激振方向，不能滿足多方向能量采集的需求，因此導(dǎo)致能量采集效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N能量采集器、電源和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有的技術(shù)方案能量采集效率低的問題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，現(xiàn)提出的方案如下:
[0007]一種能量采集器，包括:
[0008]有機(jī)硅襯底芯片和設(shè)置在所述有機(jī)硅襯底芯片上的三維結(jié)構(gòu)梁芯片；
[0009]所述有機(jī)硅襯底芯片包括:
[0010]下層基板、設(shè)置于所述下層基板上表面的電極層和設(shè)置于所述電極層上表面的高分子聚合物摩擦層；
[0011 ] 所述三維結(jié)構(gòu)梁芯片包括:
[0012]硅質(zhì)基板、柔性環(huán)形梁、質(zhì)量塊以及鍍于所述質(zhì)量塊的下表面的金屬納米線摩擦層；
[0013]所述硅質(zhì)基板為環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述質(zhì)量塊設(shè)置于所述硅質(zhì)基板的圓心位置，所述硅質(zhì)基板與所述質(zhì)量塊之間通過所述柔性環(huán)形梁相連，所述柔性環(huán)形梁能夠依據(jù)所述質(zhì)量塊的運(yùn)動拉伸和收縮；
[0014]其中，所述高分子聚合物摩擦層表面與所述金屬納米線摩擦層表面正對，兩者之間設(shè)置有預(yù)設(shè)間隙。
[0015]優(yōu)選的，上述能量采集器中，所述下層基板的上表面設(shè)置有突起結(jié)構(gòu)，所述電極層和高分子聚合物摩擦層鍍于所述突起結(jié)構(gòu)的外表面；
[0016]所述質(zhì)量塊的下表面鍍有金屬納米線摩擦層；
[0017]所述下層基板上的突起結(jié)構(gòu)與質(zhì)量塊下表面正對，并預(yù)設(shè)間隙。
[0018]優(yōu)選的，上述能量采集器中，所述有機(jī)硅襯底芯片和三維結(jié)構(gòu)梁芯片采用可拆卸方式相連。
[0019]優(yōu)選的，上述能量采集器中，所述電極層為導(dǎo)電金屬層。
[0020]優(yōu)選的，上述能量采集器中，所述質(zhì)量塊和所述下層基板均為圓柱形結(jié)構(gòu)，所述下層基板的上表面與所述質(zhì)量塊的下表面正對。
[0021]—種電源，應(yīng)用有上述任意一項(xiàng)公開的能量采集器。
[0022]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)電源為上述的電源。
[0023]從上述的技術(shù)方案可以看出，本申請公開的能量采集器，在振動時(shí)，所述質(zhì)量塊可沿多個(gè)方向運(yùn)動，因此，采用本申請上述實(shí)施例公開的技術(shù)方案可采集多個(gè)方向上的振動能量，因此提高了振動能量的采集效率。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本申請實(shí)施例提供的一種能量采集器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本申請實(shí)施例提供的能量采集器工作過程及原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028]為了提高機(jī)械振動能的采集效率，本申請公開了一種能量采集器，圖1為本申請實(shí)施例公開的能量采集器的結(jié)構(gòu)示意圖，參見圖1，包括:
[0029]有機(jī)硅襯底芯片2和設(shè)置在所述有機(jī)硅襯底芯片2上的三維結(jié)構(gòu)梁芯片1 ;
[0030]所述有機(jī)硅襯底芯片2包括:
[0031]下層基板7、設(shè)置于所述下層基板7的上表面的電極層和設(shè)置于所述電極層上表面的高分子聚合物(polydimethylsiloxane，PDMS)摩擦層6 ；
[0032]所述三維結(jié)構(gòu)梁芯片1包括:
[0033]硅質(zhì)基板5、柔性環(huán)形梁4、質(zhì)量塊3以及鍍于所述質(zhì)量塊3的下表面的金屬納米線摩擦層301 ；
[0034]所述硅質(zhì)基板5為環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述質(zhì)量塊3設(shè)置于所述硅質(zhì)基板5的圓心位置，所述柔性環(huán)形梁4可以為環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述硅質(zhì)基板5與所述質(zhì)量塊3之間通過所述柔性環(huán)形梁4相連，所述柔性環(huán)形梁4能夠依據(jù)所述質(zhì)量塊3的運(yùn)動拉伸和收縮；
[0035]其中，所述高分子聚合物摩擦層6的表面與所述金屬納米線摩擦層301的表面正對，兩者之間設(shè)置有預(yù)設(shè)間隙。
[0036]當(dāng)采用本申請上述實(shí)施例公開的能量采集器對振動能進(jìn)行采集時(shí)，當(dāng)外界環(huán)境中出現(xiàn)振動時(shí)，所述質(zhì)量塊3可跟隨所述振動的振動方向進(jìn)行運(yùn)動，這是由于所述質(zhì)量塊3是通過所述柔性環(huán)形梁4與所述硅質(zhì)基板5相連的，且由于所述柔性環(huán)形梁4能夠依據(jù)所述質(zhì)量塊3的運(yùn)動拉伸和收縮，因此，所述質(zhì)量塊3可在三維空間內(nèi)沿任意方向運(yùn)動，因此本申請上述實(shí)施例中，在進(jìn)行振動能量采集時(shí)，所述質(zhì)量塊3可沿多個(gè)方向運(yùn)動，因此，本申請上述實(shí)施例公開的能量采集器可采集多個(gè)振動方向上的振動能量，因此提高了振動能量的米集效率。
[0037]為了方便用戶更加直觀的了解本申請公開的能量采集器，本申請還對所述能量采集器的能量采集過程和原理進(jìn)行簡單的說明介紹:
[0038]參見圖2，a表示所述下層基板7的上表面具有電極層，當(dāng)受外界環(huán)境影響質(zhì)量塊3出現(xiàn)振動時(shí)，所述金屬納米線摩擦層301在所述質(zhì)量塊3的帶動下逐漸接近所述高分子聚合物摩擦層(聚合物層)6，其中，所述高分子聚合物摩擦層6具有易得電子的特性，所述金屬納米線摩擦層301具有易失電子的特性，當(dāng)所述金屬納米線摩擦層301和高分子聚合物摩擦層6在所述質(zhì)量塊3的帶動下相接觸時(shí)，金屬納米線摩擦層上的負(fù)電荷流入電極層a，使得a上的正電荷減少，金屬納米線層的正電荷增加，然后再在所述質(zhì)量塊3的帶動下所述高分子聚合物層6與所述金屬納米線層301分離。
[0039]具體的，本申請上述實(shí)施例中，所述下層基板7的上表面設(shè)置有突起結(jié)構(gòu)，所述電極層和高分子聚合物摩擦層6鍍于所述突起結(jié)構(gòu)的外表面；
[0040]所述質(zhì)量塊3的下表面鍍有金屬納米線摩擦層301 ;
[0041]所述下層基板7上的突起結(jié)構(gòu)與質(zhì)量塊3下表面正對，并預(yù)設(shè)間隙。
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