一种新型磁电自供电无线传感器供能电路研究

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1、万方数据2010年第29卷第3期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)55一种新型磁电自供电无线传感器供能电路研究米贾朝波，李平，文玉梅，李兴圣(重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044)摘要：采用矩形杆式磁电复合换能器的双发电单元作为主发电源和辅助发电源，设计了一种电能瞬间放电电路。该电路能够将换能器主发电源采集的能量存储并瞬间释放，提高储能电容的输出功率，而辅助发电源则用来驱动管理电路控制放电电路工作。实验结果表明：当储能电容器中的电能积累到一定程度，管理电路控制电能瞬间放电电路放电，驱动无线传感器工

2、作。关键词：自供能；超级电容器；瞬间放电电路中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000--9787(2010)03-0055-04Study0nnewpower-supplycircUitOr-magnetoelectric⋯l-■‘n‘l‘-self-poweredwirelesssensor木JIAChao—bo，LIPing，WENYu—mei，LIXing—sheng(KeylaboratoryofOptoelectronicTechnologyandSystemoftheEducationMinistryofChina，CollegeofOptoelectron

3、icEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China)Abstract：Anmagneto—electricenergyconverterofrectangularflat—platehastwomagnetoelectriccompositeelementswhichcanbeusedasmasterslavepowergenerator，anovelinstantaneousdischargingcircuitisdesignedtoincreasethesupercapacitanceoutputpower．Themas

4、termagnetoelectriccompositeelementscanharvestelectromagneticenergyandstoragetosupercapacitance，andthendischargeinstantlytoincreasetheoutputpowerthroughtheproposedcircuit，theslavepowergoneratorisusedtodrivemanagementcircuitandcontroldischargingcircuitwork．Theexperimentalresultsshowthatwhentheele

5、ctricenergyaccumulatestoacertainlevel，thestoragecapacitorswilldischargeanddrivethewirelesssensortowork，whichcontrolledbythepowermanagementcircuit．Keywords：serf-powered；supercapacitor；instantaneousdischargingcircuit0引言近年来，应用于各个领域的自供能技术得到迅速的发展，利用多种不同的自供能技术可以把周围环境中的能量转换为电能，实现对各种负载供电。其中，实现无线传感器网络自供

6、电的研究是当前一大热点。1，21。已被国内外报道的能量采集方式有太阳能‘3o、温度变化(温差)、人体运动能量、压电¨J、磁电’5’6o等，而空间电磁场存在于自然界的各个角落，是无线传感器网络的潜在能量源。磁电换能器是由磁致伸缩材料和压电片通过不同形状的弹性基底粘结而成。在交变磁场激励下，磁致伸缩材料发生应变，带动弹性基底振动，弹性基底通过粘接层带动压电片振动，利用压电材料的压电效应产生电荷，实现磁场能向电能的转换。在弱磁场激励下，具有单个磁电复合单元的换能器输出微弱，作为储能用的超级电容器电压很低，无法直接对无线传感器与自身管理电路供电"o。本文采用矩形杆式磁电换能器作为发电源，设计

7、了电能瞬间放电电路用于提高储能电容器的放电功率。矩形杆式换能器是由铁镍合金(Fe—Ni)弹性基底和压电片(PZT-8)粘结而成，它包含2个发电单元，一个作为主发电源，用于对储能电容器(超级电容器)进行充电；另一个作为辅助发电源，并把其产生的电量存储在一个较小的电容器中，用于对电能瞬间放电电路的控制单元进行供电。在磁场强度为0．50e的交变磁场激励下，该磁电换能器两臂(2个发电单元)的输出电压分别为1．85V和1．7V。当主发电源将超级电容器充电至0．4V左