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)用新型涉及一種懸臂梁采集器，特別是涉及一種壓電懸臂梁能量采集器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，微型電子器件應(yīng)用范圍廣的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯出來。當(dāng)前，通 過采集微電子器件工作環(huán)境中的振動(dòng)能，從而將其轉(zhuǎn)換成電能的方式，已成為一種新的研 究趨勢(shì)和熱點(diǎn)研究問題。但由于器件自身的微小化的要求，使得壓電晶片對(duì)力學(xué)與電學(xué)參 數(shù)的影響較大，這就需要不同形狀的壓電晶片。
[0003]目前常用的壓電晶片設(shè)計(jì)方案是根據(jù)傳統(tǒng)矩形壓電懸臂梁能量采集器理論，將矩 形壓電晶片附于矩形金屬基板上，質(zhì)量塊放置于金屬基板前端。但常見的壓電晶片都是按 照矩形壓電晶片的要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，從而增加了器件的厚度，提高了器件的固有頻率。
[0004] 然而在生產(chǎn)生活以及國(guó)防等某些領(lǐng)域需要實(shí)現(xiàn)低頻環(huán)境的能量采集時(shí)，這些方案 會(huì)由于采用矩形壓電晶片而增大器件的固有頻率，不利于低頻能量的采集，這就亟需本領(lǐng) 域技術(shù)人員解決相應(yīng)的技術(shù)問題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 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)新地提出了一種壓 電懸臂梁能量采集器。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型提供了一種壓電懸臂梁能量采集 器，包括基板、質(zhì)量塊和壓電晶片，所述基板的一端的上表面或/和下表面設(shè)置有壓電晶 片，基板的另一端與質(zhì)量塊相連，所述壓電晶片為圓柱狀。
[0007] 本實(shí)用新型的壓電懸臂梁能量采集器結(jié)構(gòu)采用圓柱狀的壓電晶片有利于低頻能 量的采集，獲得最大功率值，并在此基礎(chǔ)上，獲得最優(yōu)電壓值。
[0008] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述壓電晶片的半徑r為 3. 72X10 3-3. 92X10 3m，厚度tc為 1. 3X10 4-1· 9X10 4m。
[0009] 壓電晶片的半徑和厚度的選擇，使壓電晶片的輸出功率保持在最大功率的 70% -100%范圍內(nèi)。
[0010] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，壓電晶片的半徑r為3. 91X10 3m，厚度 為 1. 62X104m;基板的長(zhǎng) ^為 1. 634X10 2m，寬~為 7. 82X10 3m，厚度、為 2. 55X105m; 質(zhì)量塊的長(zhǎng)1"為9. 92X10 3m，寬為7. 82X10 3m，厚度為5. 04X10 3m。
[0011] 該尺寸有利于電壓將達(dá)到最優(yōu)值，功率值達(dá)到最大值。
[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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 采用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。
[0016] 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。
[0017] 該類型材料由于密度較大，有利于頻率的選擇。
[0018] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，壓電晶片的直徑與基板的寬Wd相等。
[0019] 壓電晶片的直徑與基板的寬相等有利于采集到的電荷值可以達(dá)到最大，從而使得 電學(xué)性能的輸出較大。
[0020] 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：采用本實(shí)用新型 的結(jié)構(gòu)有利于低頻能量的采集，獲得最大功率值，并在此基礎(chǔ)上，獲得最優(yōu)電壓值。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖2是本實(shí)用新型壓電晶片厚度與電壓之間的示意圖。
[0023] 圖3是本實(shí)用新型壓電晶片半徑與電壓之間的示意圖。
[0024] 圖4是本實(shí)用新型壓電晶片半徑與電流之間的示意圖。
[0025] 圖5是本實(shí)用新型壓電晶片厚度與功率之間的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 本實(shí)用新型提供了一種壓電懸臂梁能量采集器，如圖1所示，包括基板1、質(zhì)量塊3 和壓電晶片2,基板1的一端的上表面或/和下表面設(shè)置有壓電晶片2,在本圖中位于基板 的上表面?；?的另一端與質(zhì)量塊3相連，壓電晶片2為圓柱狀。在本實(shí)施方式中，壓電 晶片的半徑r為3. 72X10 3-3. 92X10 3m，厚度t。為1. 3X10 4-l. 9X10 4m，壓電晶片的半 徑^優(yōu)選為3.91父103!11，厚度1優(yōu)選為1.62\10 4111;基板的長(zhǎng)1為1.634\102111，寬％為 7. 82X10 3m，厚度、為 2. 55X105m;質(zhì)量塊的長(zhǎng) 1"為 9. 92X10 3m，寬為 7. 82X10 3m，厚度 為 5. 04X10 3m。
[0030] 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，基板 的材料為磷青銅，質(zhì)量塊的材料為鎳、鉻或銅之一或者合金組合。
[0031] 在本實(shí)施方式中，基板的長(zhǎng)和質(zhì)量塊的長(zhǎng)均以X軸方向?yàn)闇?zhǔn)，基板的寬和質(zhì)量塊 的寬均以y軸方向?yàn)闇?zhǔn)，壓電晶片的厚度、基板的厚度和質(zhì)量塊的厚度均以Z軸方向?yàn)闇?zhǔn)。[0032] 該能量采集器等效簡(jiǎn)化為一個(gè)由彈簧-質(zhì)量塊組成的單自由度系統(tǒng)。并由此