基于多个风致振动能量收集器的微能源系统设计与应用

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随着微电子技术、MEMS技术和无线通信网络技术的迅速发展,微型低功耗电子设备或系统因其体积小、质量轻等诸多优点已经被广泛应用于国防、航空航天、生物医学、通信等领域。相比之下,能源器件的小型化、微型化问题亟待解决。振动能是广泛存在于自然环境中的一种清洁能源,目前,将环境机械振动能装换为电能代替传统电源为机电系统稳定供能,是微能源领域研究的重点研究方向。因此,本文开展基于多个风致振动能量收集器的微能源系统的设计与应用研究具有十分重要的科学意义和实用价值。论文针对微能源系统在航空航天、武器装备等应用场合的需求,在重庆大学微系统研究中心自主研发的单体结构风致振动能量收集器基础上,提出了一种基于多个风致振动能量收集器的微能源系统设计与应用方案。根据能量收集器的输出特性,为提高系统输出功率以保证微型低功耗电子设备稳定可靠工作,进行了多个风致振动能量收集器集成结构设计和电源管理与无线传感应用电路设计,结合微能源系统的应用场合需要,完成了MEMS微能源系统的集成封装设计,研制出微能源系统原理样机,并借助微能源系统测试平台进行了系统输出性能测试及无线传感应用实验,得到了较为满意的实验结果。论文的主要工作包括:阐述论文的研究背景和研究意义,通过大量中英文文献的查阅,研究分析微能源系统的国内外研究现状,提出了基于多个风致振动能量收集器的微能源系统设计方案;分析电磁式振动能量收集器的工作原理和物理模型,进行能量收集器的集成结构设计;制作了微能源系统的电源管理及应用的总体电路方案,进行原理图设计、PCB板制作,并进行软件设计;根据应用环境需求,结合MEMS加工技术,完成微能源系统的集成封装设计与制作,完成样机装配;对集成封装后的样机进行测试实验,完成微能源系统的输出性能测试以及无线传感应用实验,结果表明:设计的微能源系统能够满足应用需求。
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