物联网射频收发组件中开孔混合梁振动能自供电微传感器

摘要

本发明的物联网射频收发机中的开孔混合梁振动能自供电微传感器，该微传感器以砷化镓衬底（4）为基底，由一个固支梁（1）和八个悬臂梁（2）构成，固支梁（1）两端的固支梁的锚区（3）固定在砷化镓衬底（4）上，八个悬臂梁（2）的尺寸相同,它们的锚区制作在固支梁（1）两侧的自由边上，每一侧有四个悬臂梁（2），且悬臂梁（2）之间的间隔一致。利用悬臂梁上设计不同的开孔的方法使得该开孔混合梁振动能自供电微传感器具有多种固有谐振频率，能够收集不同频率的振动能量，增大了频率带宽，更适用于振动频率复杂多变的振动环境，提高了能量收集效率和供电能力。同时由于振动能被收集，射频收发组件工作时不必要的抖动被抑制，增加了其工作的稳定性。

主权项

一种物联网射频收发组件中开孔混合梁振动能自供电微传感器，其特征是该微传感器以砷化镓衬底（4）为基底，由一个固支梁（1）和八个悬臂梁（2）构成，固支梁（1）两端的固支梁的锚区（3）固定在砷化镓衬底（4）上，八个悬臂梁（2）的尺寸相同,它们的锚区制作在固支梁（1）两侧的自由边上，每一侧有四个悬臂梁（2），且悬臂梁（2）之间的间隔一致；固支梁（1）和悬臂梁（2）最底层是氮化硅层（5），在氮化硅层（5）之上制作了压电材料层（7），压电材料层（7）的上表面和下表面均有金层与其接触作为电压输出的上极板（8）和下极板（9）；上极板（8）的引线（10）引出到固支梁（1）的表面时，有一段悬空的引线（12），以保证上极板（8）不与压电材料层（7）的下表面接触，所有压电材料层（7）串联后的总输出连接到外围的大电容和稳压电路（11），在悬臂梁（2）上开有一行圆孔（6），同一个悬臂梁（2）上的圆孔（6）的圆心在同一条直线上，且以相同间距沿悬臂梁（2）的长度方向依次排列；固支梁（1）的其中一侧的4个悬臂梁（2）上圆孔（6）的直径都为8μm，但对于这4个悬臂梁（2），不同悬臂梁（2）上的相邻圆孔（6）的圆心间距不同，分别为8μm，10μm，12μm和14μm，而对于固支梁（1）另一侧的4个悬臂梁（2），其中两个悬臂梁（2）设计了直径为10μm的圆孔（6），相邻圆孔圆心的间距分别为6μm和8μm；另外两个悬臂梁（2）设计直径为12μm的圆孔（6），相邻圆孔圆心的间距分别为6μm和8μm，不同悬臂梁（2）上设计圆孔（6）具有不同的数量、半径以及不同的相邻圆孔（6）圆心的间距，是为了使每个悬臂梁（2）的密度，杨氏模量还有泊松比有所不相同，从而使得每个悬臂梁（2）的固有谐振频率都是不同的；这种具有多种固有谐振频率的微传感器能使收集的振动频率带宽增加，提高了能量收集效率和供电能力，抑制了射频收发组件工作时不必要的抖动。