階梯形壓電懸臂梁能量采集器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種能量采集器，特別是涉及一種階梯形壓電懸臂梁能量采集器。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電能量采集器是一種將工作環(huán)境中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能MEMS器件，對(duì)于壓電振動(dòng)能量采集器而言，壓電振子的固有頻率與開路輸出電壓是衡量其工作效率的重要輸出參數(shù);其固有頻率主要取決于懸臂梁的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)形式，單純地依靠調(diào)整幾何尺寸的方法難以滿足環(huán)境中實(shí)用性的要求，因而需要探索新的結(jié)構(gòu)來改善壓電能量采集器性能。如何在保證壓電能量采集器幾何尺寸不變的基礎(chǔ)上，降低懸臂梁結(jié)構(gòu)的固有頻率，增加開路輸出電壓使我們所亟待解決的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，特別創(chuàng)新地提出了一種階梯形壓電懸臂梁能量采集器。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型提供了一種階梯形壓電懸臂梁能量采集器，包括基板、質(zhì)量塊和壓電晶片，在基板的上表面或下表面設(shè)置有壓電晶片，在基板一端的上表面設(shè)置有質(zhì)量塊，所述基板兩端的厚度不相等且兩端之間區(qū)域的厚度位于兩端的厚度值之間。
[0005]采用該結(jié)構(gòu)的基板有利于低頻能量的采集，獲得較大開路輸出電壓值。
[0006]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述基板從左往右的厚度遞減。有利于基板的長(zhǎng)度更長(zhǎng)。
[0007]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，質(zhì)量塊設(shè)置在最薄的區(qū)域。壓變量變化效果更加明顯。
[0008]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述基板由Μ塊子基板連接而成且形成一個(gè)平整的平面，所述Μ為大于1的正整數(shù)，所述Μ塊子基板的長(zhǎng)度不完全相等。
[0009]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述所述Μ為3，從左往右依次為第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域，它們的長(zhǎng)度比為1:1: 2。
[0010]在本實(shí)用新型的一種更加優(yōu)選實(shí)施方式中，三個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度依次為0.8mm,0.8mm,1.6mm;厚度依次為20μm，16μm，12μm，寬度均為0.8mm。該尺寸有利于懸臂梁結(jié)構(gòu)固有頻率較好地減低。
[0011]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，壓電晶片長(zhǎng)度為2.4mm，寬度為0.8mm，厚度為25μπι;質(zhì)量塊的長(zhǎng)為0.8mm，寬為0.8mm，厚度為0.4mm。該尺寸有利于電壓將達(dá)到較優(yōu)值。
[0012]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，壓電晶片的材料為PZT-5H壓電陶瓷。該材料易于取得，并且具有機(jī)電耦合系數(shù)較高，介電常數(shù)大的特點(diǎn)，使達(dá)到的效果更好。
[0013]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，基板的材料為磷青銅。該材料具有彈性模量大，并且能承受較大的形變，使得效果更加明顯。
[0014]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于，質(zhì)量塊的材料為鎳、鉻或銅之一或者合金組合。
[0015]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型有利于低頻能量的采集，獲得較大開路輸出電壓值。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0019]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0020]在本實(shí)用新型的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0021]本實(shí)用新型提供了一種階梯形壓電懸臂梁能量采集器，如圖1所示，包括基板、質(zhì)量塊3和壓電晶片1，在基板的上表面或下表面設(shè)置有壓電晶片1，在基板一端的上表面設(shè)置有質(zhì)量塊3，基板兩端的厚度不相等且兩端之間區(qū)域的厚度位于兩端的厚度值之間。在本實(shí)施方式中，質(zhì)量塊設(shè)置在最薄的區(qū)域。
[0022]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，基板從左往右的厚度遞減。
[0023]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，基板由Μ塊子基板連接而成且形成一個(gè)平整的平面，Μ為大于1的正整數(shù)，Μ塊子基板的長(zhǎng)度不完全相等。
[0024]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，Μ為3時(shí)，如圖1所示，從左往右依次為第一區(qū)域2、第二區(qū)域4和第三區(qū)域5，它們的長(zhǎng)度比為1:1:2。在本實(shí)施方式中，不限于是三個(gè)區(qū)域，也可以是四個(gè)區(qū)域、五個(gè)區(qū)域、6個(gè)區(qū)域等，即是說將第二區(qū)域分成2個(gè)區(qū)域、3個(gè)區(qū)域、四個(gè)區(qū)域等，相應(yīng)的調(diào)整它們的長(zhǎng)度比例和厚度。每個(gè)區(qū)域可以通過粘接而成，也可以是一體成型。其中，基板的的三個(gè)區(qū)域也可以采用如圖2所示的由上向下方式粘接或者一體成型，包括第一區(qū)域5、第二區(qū)域6和第三區(qū)域7。這樣有利于制作簡(jiǎn)單，工藝快捷。
[0025]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，三個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度依次為0.8mm，0.8mm，1.6mm;厚度依次為20μηι，16μηι，12μηι，寬度均為0.8mm。在本實(shí)施方式中，壓電晶片長(zhǎng)度為2.4mm，寬度為0.8mm，厚度為25μηι;質(zhì)量塊的長(zhǎng)為0.8mm，寬為0.8mm，厚度為0.4mm。經(jīng)仿真軟件ANSYS測(cè)試，該結(jié)構(gòu)尺寸的固有頻率為849.71Hz，開路輸出電壓峰值為4.5V。
[0026]而一種傳統(tǒng)的壓電能量采集器基板長(zhǎng)度為3.2mm，厚度20μπι，寬度為0.8mm;壓電晶片長(zhǎng)度為2.4mm，寬度為0.8mm，厚度為25μηι;質(zhì)量塊的長(zhǎng)為0.8mm，寬為0.8mm，厚度為0.4mm。經(jīng)仿真軟件ANSYS測(cè)試，該結(jié)構(gòu)尺寸的固有頻率為899.76Hz，開路輸出電壓峰值為1.5V。由此可看出采用本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)有利于降低頻率，獲得較大開路輸出電壓。
[0027]在本實(shí)施方式中，每個(gè)區(qū)域(基板)、壓電晶片和質(zhì)量塊的長(zhǎng)以X軸方向?yàn)闇?zhǔn)，每個(gè)區(qū)域、壓電晶片和質(zhì)量塊的寬以Y軸方向?yàn)闇?zhǔn)，每個(gè)區(qū)域、壓電晶片和質(zhì)量塊的長(zhǎng)以Z軸方向?yàn)闇?zhǔn)；以X軸的正方向?yàn)橛?，以Z軸的正方向?yàn)樯稀?br>[0028]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，壓電晶片的材料為PZT-5H壓電陶瓷。
[0029]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，基板的材料為磷青銅。
[0030]在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，質(zhì)量塊的材料為鎳、鉻或銅之一或者合金組合。
[0031]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0032]盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種階梯形壓電懸臂梁能量采集器，其特征在于，包括基板、質(zhì)量塊(3)和壓電晶片(1)，在基板的上表面或下表面設(shè)置有壓電晶片(1)，在基板一端的上表面設(shè)置有質(zhì)量塊(3)，所述基板兩端的厚度不相等且兩端之間區(qū)域的厚度位于兩端的厚度值之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯形壓電懸臂梁能量采集器，其特征在于，所述基板從左往右的厚度遞減。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的階梯形壓電懸臂梁能量采集器，其特征在于，質(zhì)量塊設(shè)置在最薄的區(qū)域。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯形壓電懸臂梁能量采集器，其特征在于，所述基板由Μ塊子基板連接而成且形成一個(gè)平整的平面，所述Μ為大于1的正整數(shù)，所述Μ塊子基板的長(zhǎng)度不完全相等。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的階梯形壓電懸臂梁能量采集器，其特征在于，所述Μ為3，從左往右依次為第一區(qū)域(2)、第二區(qū)域(4)和第三區(qū)域(5)，它們的長(zhǎng)度比為1:1: 2。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的階梯形壓電懸臂梁能量采集器，其特征在于，三個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度依次為 0.8mm, 0.8mm, 1.6mm;厚度依次為 20μηι，16μηι, 12μηι，寬度均為 0.8mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的階梯形壓電懸臂梁能量采集器，其特征在于，壓電晶片長(zhǎng)度為2.4mm，寬度為0.8mm，厚度為25μηι;質(zhì)量塊的長(zhǎng)為0.8mm，寬為0.8mm，厚度為0.4mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯形壓電懸臂梁能量采集器，其特征在于，壓電晶片的材料為PZT-5H壓電陶瓷。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯形壓電懸臂梁能量采集器，其特征在于，基板的材料為磷青銅。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯形壓電懸臂梁能量采集器，其特征在于，質(zhì)量塊的材料為鎳、鉻或銅之一或者合金組合。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種階梯形壓電懸臂梁能量采集器，包括基板、質(zhì)量塊(3)和壓電晶片(1)，在基板的上表面或下表面設(shè)置有壓電晶片(1)，在基板一端的上表面設(shè)置有質(zhì)量塊(3)，基板兩端的厚度不相等且兩端之間區(qū)域的厚度位于兩端的厚度值之間。本實(shí)用新型有利于低頻能量的采集，獲得較大開路輸出電壓值。
【IPC分類】H02N2/18
【公開號(hào)】CN205142050
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520923851
【發(fā)明人】朱繼華, 徐瑞林, 羅元
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年11月18日