基于复合能源的红外智能传感微系统研究

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在物联网的日益发展中传感器技术不可或缺。传感器能够感知外界环境的变化,在越来越多的场景中扮演着人类感官、神经、大脑的角色。热释电红外(PIR)传感器是众所周知的占位探测器,已被广泛用于人体跟踪和目标检测系统。目前,红外传感微系统等传感设备都需要通过电池等外部电源供电。但是,对于一些特殊工作环境,会因为电力系统故障等原因造成传感系统无法正常使用。为了解决在偏远地区或野外环境中难以使用传统电力供电的问题,研究人员提出了从人体所处周围生活环境和人体自身采集能量并转换为电能,替代传统的电源为红外智能传感微系统供电的新型微纳能源。从环境中获取微纳能源的纳米发电机等技术的兴起,对绿色能源、可穿戴电子设备、无线传感网络等未来社会发展的重大方面有着广泛的影响。本论文基于复合能源的红外智能传感微系统,通过引入摩擦-压电复合能源采集器获取人体运动的机械能并将其转化为电能作为红外传感器的电源。利用热释电红外传感器对人体运动信号进行感知检测,并对检测到的信号进行传输和处理,以供工作人员达到对目标对象的监控查找的目的。通过对摩擦纳米发电机以和压电纳米发电机工作理论分析,以及复合能源采集器的输出电学性能进行测试验证了该复合能源采集器作为红外传感器电源的可行性。在用脚踩驱动器件输出时,摩擦部分输出电压峰值可以达到450 V,压电部分输出电压最大值可以达到42 V左右。摩擦部分的输出电流峰值可以达到20μA,压电部分的输出电流峰值可以达到11μA。对红外智能传感微系统中的传感器节点性能进行性能表征表明,在摩擦-压电复合能源采集器将2个并联的47μF储能电容充电到15 V时,热释电红外传感器可以稳定工作30 s。当人体信号被热释电红外传感器检测到之后,传感器输出的信号可以通过无线模块成功发送到上位机终端进行显示。该实验结果验证了,基于复合能源的红外智能传感微系统在用作目标检测方面的可行性。
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