。
[0022] 可選地，所述預(yù)設(shè)閾值的大小通過調(diào)整第一磁體與第二磁體的間距來設(shè)定。
[0023] 可選地，所述第一級振子的的諧振頻率小于或等于200赫茲，所述第二級振子的 諧振頻率大于300赫么么。
[0024] 本發(fā)明還提供一種采用上述能量采集器的自供能傳感器，所述傳感器將所述能量 采集器的發(fā)電行為作為傳感信號，用于報告待檢測振動幅度是否達到預(yù)設(shè)閾值。
[0025] 如上所述，本發(fā)明的振動幅度閾值驅(qū)動發(fā)電的能量采集器及傳感器，具有以下有 益效果：（1)具備閾值驅(qū)動功能，在外界振動幅度不達到特定閾值時幾乎不發(fā)電，只有當外 界振動幅度達到或超過該閾值時才發(fā)出電能；（2)驅(qū)動閾值可以由磁體參數(shù)精確決定，可 面向不同的應(yīng)用環(huán)境；（3)兩級振子之間的作用依靠磁排斥力，相互間不發(fā)生碰撞、摩擦、 劃撥等，能量采集器具有較高的可靠性和耐久性；(4)第二級振子振動發(fā)電的頻率是其本 身的諧振頻率，與外界振動頻率無關(guān)，有利于匹配后級電路接口，方便系統(tǒng)集成；（5)采用 所述能量采集器的傳感器可將所述能量采集器的發(fā)電行為作為傳感信號，并以脈沖形式發(fā) 射，用于報告待檢測振動幅度是否達到預(yù)設(shè)閾值，實現(xiàn)自供能的"事件驅(qū)動"傳感功能。
【附圖說明】
[0026] 圖1顯示為本發(fā)明的振動幅度閾值驅(qū)動發(fā)電的能量采集器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖2顯示為本發(fā)明的振動幅度閾值驅(qū)動發(fā)電的能量采集器包括機械阻尼和機電 阻尼的示意圖。
[0028] 圖3顯示為當外界振動幅度小于預(yù)設(shè)閾值時能量采集器的兩級振子都在平衡位 置作小幅度振動的示意圖。
[0029] 圖4顯示為當外界振動達到或超過預(yù)設(shè)閾值時，能量采集器在外界振動作用下具 有向上加速度，第一級振子向下運動、第二級振子在磁排斥力作用下也向下運動的示意圖。
[0030] 圖5顯示為當磁排斥力與彈簧回復(fù)力相等時，第二級振子位移達到最大的示意 圖。
[0031] 圖6顯示為當?shù)谝患壵褡永^續(xù)運動，磁排斥力突然反向，第二級振子開始自由振 動的示意圖。
[0032] 圖7顯示為計算得到的第一級振子在一個運動周期中受力的變化曲線。
[0033] 圖8顯示為本發(fā)明的能量采集器的一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖9顯示為圖8所示結(jié)構(gòu)的A-A向剖面圖。
[0035] 圖10顯示為圖8所示結(jié)構(gòu)的B-B向剖面圖。
[0036] 圖11及圖12顯示為圖8所示結(jié)構(gòu)在不同振幅下的輸出電壓波形。
[0037] 圖13、圖14及圖15顯示為圖8所示結(jié)構(gòu)采取三中不同磁體間距的性能計算和測 試結(jié)果。
[0038] 圖16顯示為圖8所示結(jié)構(gòu)的驅(qū)動閾值與磁體間距的關(guān)系。
[0039] 元件標號說明
[0040] 1 第一級振子
[0041] 11第一彈簧
[0042] 12第一質(zhì)量塊
[0043] 13第一磁體
[0044] 14機械阻尼
[0045] 2 第二級振子
[0046] 21第二彈簧
[0047] 22第二質(zhì)量塊
[0048] 23第二磁體
[0049] 24機電阻尼
[0050] 25壓電薄膜
[0051] 3 基座
[0052] d 第一磁體與第二磁體的間距
【具體實施方式】
[0053] 以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離 本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0054] 請參閱圖1至圖16。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明 本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù) 目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其 組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0055] 本發(fā)明提供一種振動幅度閾值驅(qū)動發(fā)電的能量采集器，請參閱圖1，顯示為該能量 采集器的結(jié)構(gòu)示意圖，至少包括：
[0056] 用于感應(yīng)外界振動的第一級振子1 ;所述第一級振子1包括依次連接的第一彈簧 11、第一質(zhì)量塊12及第一磁體13 ;
[0057] 用于產(chǎn)生電能的第二級振子2 ;所述第二級振子2包括依次連接的第二彈簧21、第 二質(zhì)量塊22及第二磁體23 ;
[0058] 所述第一級振子1與所述第二級振子2均設(shè)置于一基座3上；
[0059] 當外界振動幅度小于預(yù)設(shè)閾值時，能量采集器不發(fā)電；當外界振動幅度大于所述 預(yù)設(shè)閾值時，所述第一級振子1驅(qū)動所述第二級振子2振動，產(chǎn)生電能。
[0060] 其中，空氣及其它環(huán)境因素構(gòu)成振子的阻尼，請參閱圖2,顯示為本發(fā)明的振動幅 度閾值驅(qū)動發(fā)電的能量采集器包括機械阻尼14和機電阻尼24的示意圖。需要指出的是， 所述機械阻尼14和機電阻尼24是由外部因素引起的，非能量采集器的實際結(jié)構(gòu)，故以下圖 中不再畫出。
[0061] 具體的，所述第一級振子1的諧振頻率較低，優(yōu)選為小于或等于200赫茲；所述第 二級振子2的諧振頻率較高，在數(shù)百赫茲到1000赫茲兩極，優(yōu)選為大于300赫茲。所述第 一磁體13與第二磁體23的極性方向相同。所述第二質(zhì)量塊22可同時作為所述第二磁體 23,提高所述第二級振子2的諧振頻率。
[0062] 當所述能量采集器隨著外界環(huán)境振動時，所述第一質(zhì)量塊12由于受到慣性力作 用，會沿一定方向運動，即所述第一級振子1發(fā)生振動，基頻與環(huán)境振動頻率相同。所述第 二級振子2的諧振頻率遠高于典型應(yīng)用環(huán)境中的環(huán)境振動頻率，因此幾乎不隨環(huán)境振動而 振動。通過所述第一磁體13與第二磁體23之間的脈沖排斥力，所述第一級振子1將能量 傳遞給所述第二級振子2,使之按照自己的諧振頻率自由振動，產(chǎn)生電能。能量來源是外界 振動。
[0063] 具體的，所述第一級振子1與第二級振子2的振動方向相互平行，且所述第一級振 子1與第二級振子2在工作過程中不發(fā)生接觸。所述第二級振子2被有效驅(qū)動時，其振動 頻率為自身的諧振頻率，與外界振動頻率無關(guān)。所述第二級振子2上設(shè)有用于發(fā)電的換能 機構(gòu)，所述換能機構(gòu)為壓電式或電磁感應(yīng)式。
[0064] 請參閱圖3至圖6,顯示為本發(fā)明的能量采集器的工作過程。在外界沒有振動時， 兩級振子停在如圖3所示的平衡位置。因為兩級振子間存在著磁排斥力，第一級振子1處 于勢阱中。當外界振動幅度較低時，兩級振子都在平衡位置附近作小幅度振動，振動方向如 圖3中箭頭所示，振動頻率等于外界振動頻率。而當外界振動幅度較大時，例如從某一時刻 開始有一向上的振動加速度作用在器件上，由于慣性作用，在器件參考系中，第一級振子1 將向下運動，如圖4中箭頭所示。這一過程中，兩級振子磁鐵間的排斥力增大，所述第二彈 簧21在磁排斥力的作用下發(fā)生形變。當?shù)谝患壵褡?運動到如圖5所示的位置時，磁排斥 力達到最大，所述第二彈簧21的回復(fù)力與磁排斥力平衡。第一級振子1繼續(xù)向下運動，磁 排斥力的方向發(fā)生突變，使得第二級振子2向上運動，此時磁排斥力急劇減小，第二級振子 以其自身的諧振頻率作自由振動，如圖6所示。這一過程中，第一級振子1越過了磁排斥力 形成的勢壘，同時第二級振子2受到了一個脈沖磁排斥力。在持續(xù)的外界環(huán)境振動下，第一 級振子1上下振動，每一個振動周期中越過勢壘兩次，也就是驅(qū)動第二級振子2兩次。這一 勢壘的存在使得能量采集器具有閾值觸發(fā)特性，即：外界振動幅度較低時，第一級振子1無 法越過勢壘，也就無法有效驅(qū)動第二級振子2發(fā)電，輸出能量可以忽略不計；而外界振動幅 度一旦足夠使第一級振子1越過勢壘，第二級振子2就會被有效驅(qū)動而大量發(fā)電。能夠使 第一級振子1越過勢壘的最小振幅就是能量采集器的驅(qū)動閾值。該閾值的大小由兩級振子 上磁體的剩磁和磁體間間隙精確決定。針對不同的應(yīng)用環(huán)境，通過選用不同剩磁的磁體并 調(diào)節(jié)間距，即可實現(xiàn)不同的驅(qū)動閾值，即預(yù)設(shè)閾值。
[0065] 本發(fā)明的能量采集器的動力學(xué)特性可以由如下方程描述：
[0067] 其中，H^m2分別為第一級振子及第二級振子的等效質(zhì)量，ki、k2分別為第一彈簧及 第二彈簧的等效剛度，Zl、z2分別為第一級振子及第二級振子的位移，Cl、c 2分別為第一彈簧 及第二彈簧的等效阻尼系數(shù)。Fniag是兩級振子間的磁力，其大小由兩級振子上磁體的剩磁和 磁體間距決定。aMt為激勵振動加速度峰值，ω為激勵振動頻率。
[0068] 根據(jù)方程（1)，圖7顯示為所述第一級振子1在一個運動周期中受力的變化，規(guī)定 向上為正方向。圖7中的三組曲線分別對應(yīng)0.4暈米、0.6暈米和0.8 _米的磁體間距。圖 1中示出了第一磁體與第二磁體的間距d。以間距0.8毫米為例，第一階段，第一級振子1 開始向下運動時（對應(yīng)圖4)，其受合力逐漸由向下變?yōu)橄蛏喜⑾蛏显龃螅龅诙椈?1 在磁排斥力的作用下發(fā)生形變；第二階段，第一級振子1運動到如圖5所示的位置時，磁排 斥力達到最大，所述第二彈簧21的回復(fù)力與磁排斥力平衡；第三階段，第一級振子1繼續(xù)向 下運動，磁排斥力的方向發(fā)生突變，使得第二級振子2向上運動繼而在其自身的諧振頻率 作自由振動（對應(yīng)圖6)。由三組曲線的差異可見，通過調(diào)整兩級磁體間的間距，磁排斥力的