基于振动能量俘获的无线传感器自供能技术研究现状及发展趋势.docx
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1、 基于振动能量俘获的无线传感器自供能技术研究现状及发展趋势 摘要:传感器作为获取监测信息最基本、最重要的单元,已经广泛的应用于各专业领域,成为各个领域不可或缺的重要技术支撑。而传统的锂电池由于其自身的缺陷,已无法满足传感器的要求,本文介绍了通过自供能技术,来满足传感器能量需求问题的研究现状,以及未来发展方向关键词:无限传感器;自供能技术,压电俘能器1.无限传感器应用场合与供能方式近年来兴起的由大量分布式无线传感器节点的面向目标的实时监测网络(无线传感器网络)1-3,因传感器占用空间小和无线数据传输方式的优点突出,对应用环境的要求比较低,特别适合应用于工作环境比较恶劣的场合,被认为是未来传感器技
2、术的发展方向。但是无线传感器技术并没有像我们想象的那样迅速市场化,其中最主要的问题是传感器的能量供应问题4-6。按供能方式可以将传感器分为两种:有源和无源传感器。有源传感器采用电池供电,传感距离非常远,可采用各种电路,控制处理方便灵活,目前已被广泛应用。但是,电池供电的缺点如下:电池的寿命有限,需要定期更换,电池最大的能量密度为3.78KJ/cm3,这就是说,如果一个微功率电子器件的功率是1mW,它工作10年就需要100cm3电池供电,这就使器件的体积大幅度增加,电池的输出功率也不稳定,它会随着时间的推移,输出功率和电压慢慢降低,这对一些特殊用途的器件将是致命的打击7。目前有很多电子器件应用到
3、很难或者根本就不可能更换电池的地方,例如野生动物身上的跟踪器、野外的无线传感器等等,这些系统如果想要正常长期的工作需要能量自给。因此,供能问题已成为无线传感器发展的瓶颈,能源技术成为无线传感器网络研究的核心课题之一。为了实现对无线传感器的供能,人们提出了自供能技术。它是一种通过收集周围环境中其他形式的能量如振动能、风能、声能、热能、电磁能等,并将其转化为电能8-10,为传感器或其他电子设备提供安全、稳定、高效、理论上无寿命限制的电能供应技术。与机械振动能相比太阳能、风能等都受外界天气的影响比较大,在晴天的情况下太阳能的功率密度可以达到15000,在阴雨天气太阳能的功率密度只有150。太阳能的功
4、率密度在晴天和阴天的时候相差100倍之多11。风能区域性的特点又比较明显,在微电子器件的能量自给上,机械振动能的回收再利用成为了焦点。振动是自然界中最常见的一种现象,存在于工业经济的各个部门,例如机械工业、汽车工业、电子工业化工工业、航空航天工业等,而振动中所包含的能量也成为关注的焦点,有时候这些能量是有害的,例如管道的振动会降低管道的实用寿命、飞机机翼的振动会增加空难的几率等。如何合理的利用这些能量将是科学家研究的焦点。综上所述,通过收集振动能量,将振动能转化为电能,为无线传感器供电能很好的解决无线传感器供能困难问题。大大的拓宽无线传感器的应用领域。2.国内外研究现状和发展趋势当前,无线网络
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