興旺寶五金網(wǎng)整理：壓電陶瓷光纖技術為EH、有源結構控制和自供電系統(tǒng)提供了一種*的解決方案。高電荷壓電陶瓷和光纖合成工藝技術的結合使得自供電系統(tǒng)能用在很多種電子系統(tǒng)中。具有*特性的壓電陶瓷光纖為實現(xiàn)自供電系統(tǒng)的大范圍應用提供了巨大的潛能。
　　
　　壓電陶瓷光纖“超級傳感器”可以提供越來越大的功率，高電荷壓電陶瓷和光纖合成工藝技術的結合使得自供電系統(tǒng)能用在很多種電子系統(tǒng)中從而取代了電池或是延長電池的使用壽命。這類器件的出現(xiàn)結合納瓦級測量性能的電子器件，開辟了寬廣的新產(chǎn)品及業(yè)務范圍，超低功率產(chǎn)品和應用的新時代即將到來。
　　
　　能量收集（EH），某些時候是指能量清除，作為一種減少或消除對電池電源需求的方法已經(jīng)獲得廣泛的關注。一些通過利用來自人或者環(huán)境資源的能量的創(chuàng)新方法已經(jīng)可以使用。電池的局限性使得EH得到更廣的采用，但是需要更好地結合設計技術。利用若干領域知識的多學科方法是必需的，包括電子、機械、材料和工藝。
　　
　　EH本身并不是新概念，諸如手搖無線電、手搖供電的電筒、風車和太陽能都是應用類似的理念。其新穎之處是將EH應用到超低功耗的嵌入式電子設備中。高電荷壓電陶瓷和光纖合成工藝技術的結合使得自供電系統(tǒng)能用在很多種電子系統(tǒng)中。
　　
　　技術的融合
　　
　　在工程技術領域，壓電器件的原理很好理解，不過其應用還是一個具有很多可能性的新生領域。壓電陶瓷光纖“超級傳感器”可以提供越來越大的功率，該器件的出現(xiàn)結合納瓦級測量性能的電子器件，開辟了寬廣的新產(chǎn)品及業(yè)務范圍。眾多電子系統(tǒng)和設備對超長壽命電源（ELSPS）的需求推動了廣泛的研究、開發(fā)和增長。具有*特性的壓電陶瓷光纖為實現(xiàn)自供電系統(tǒng)的大范圍應用提供了巨大的潛能。
　　
　　傳統(tǒng)的壓電陶瓷材料堅硬且沉重，而且是制成塊狀。低成本技術纖維膠懸浮液旋轉工藝（VSSP）能夠生產(chǎn)直徑從10微米（頭發(fā)絲的1/50）到250微米的光纖。當形成用戶定制形狀的合成材料后，陶瓷光纖就具有了陶瓷所有有用的特性（電性能、熱性能和化學性能），而去除了有害的特質（例如脆性和笨重）。與傳統(tǒng)的大體積陶瓷相比，VSSP所生產(chǎn)的光纖的能量轉換效率提高20~30%。機電轉換效率可達70%，而太陽能收集通常只有16~18%，而且這種陶瓷光纖能夠每天24小時收集振動能量。
　　
　　壓力能量的產(chǎn)生
　　
　　有源光纖合成物（AFC）開啟了能量收集應用的大門。光纖能夠重復利用諸如運動、振動、壓力（張力）等機械力產(chǎn)生的廢棄能量。采用簡單的、低成本的模擬電路，壓力能量可被轉換、存儲并調(diào)節(jié)，從而直接替代電池。一個典型的AFC可以容易地從振動產(chǎn)生40Vp-p的電壓。
　　
　　一個典型的雙壓電晶片元件（AFCB）能夠產(chǎn)生400Vp-p的電壓，某些類型能產(chǎn)生4,000Vp-p的輸出。采用30Hz的振動頻率，ACI壓電光纖能在13秒內(nèi)產(chǎn)生880mJ的可存儲能量，這足夠能耗為0.11mJ/s的LCD時鐘運行20多個小時。這些能量已被證實足以用于為裝備、用品、醫(yī)療設備、大樓和其他基礎設備的監(jiān)測和控制無線系統(tǒng)的供電。
　　
　　依據(jù)不同的應用，可以通過串聯(lián)或并聯(lián)兩個或者多個壓電器件來調(diào)節(jié)電源輸出。合成光纖能被塑造成用戶需要的任何形狀，而且都具有彈性和運動敏感性。這種光纖通常安裝在那些具有大量機械運動或無用能量的地方。
　　
　　應用實例：無線傳感器網(wǎng)絡
　　
　　傳感器要測量從過程溫度到系統(tǒng)壓力和機械振動等每個環(huán)節(jié)，所以一直以來在制造和工業(yè)環(huán)境中布署傳感器都是成本高昂。傳感器的布線成本和維護成本都很高。
　　
　　隨著基于IEEE802.15.4的Zigbee標準的出臺，大型、低成本、低功率的自管理無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）已經(jīng)實現(xiàn)。傳感器、信號調(diào)節(jié)器、控制器和RF收發(fā)器的體積不斷縮小、功率不斷降低、集成度越來越高。無線網(wǎng)絡、智能傳感器和分布式計算的結合創(chuàng)建出一種用于監(jiān)測機器、建筑物、環(huán)境狀況的新范例。
　　
　　低成本的、可更新的能源對于廣泛部署的WSN而言至關重要。畢竟，有誰愿意更換成千上萬的電池呢？在某些情況下，基于能量收集的新型壓電光纖可避免在WSN中采用電池。在其他的情況下，能量收集技術可用于給電池充電以提高工作壽命。能量來自于被監(jiān)控系統(tǒng)的振動?；趬弘姽饫w的產(chǎn)品不需要維護，*地減少了壽命期內(nèi)的成本，改進了工業(yè)和機器控制系統(tǒng)的整體質量。
　　
　　圖1顯示了壓電光纖用作能量收集器的實例，該光纖將無用的機械能轉換成Zigbee無線傳感器節(jié)點的自供電電源。壓電光纖捕捉到結構抖動、壓縮或者彎曲產(chǎn)生的能量。獲得的能量（電流）用來對存儲電路進行充電，存儲電路提供傳感器節(jié)點電子設備必要的功率水平。
　　
　　在這個例子中，能量被壓電光纖合成物的振動獲得。該能量被轉換并存儲在低漏電流電路中，直到達到某個門限電壓。一旦達到這個門限電壓，經(jīng)過調(diào)節(jié)的能量可在一段足夠長的時間內(nèi)為Zigbee控制器和RF收發(fā)器供電。
　　
　　其他的應用包括：
　　
　　照明：有源光纖合成物能將機械能直接轉換成光能，而無需中轉成電能。通過采集周圍振動的能量，有源光纖合成物可為橋面、數(shù)字告示牌、浮標以及其它低功率照明負載提供場致發(fā)光照明。
　　
　　智能架構：有源光纖合成物還能用于提供振動阻尼和結構變形解決方案。為實現(xiàn)自調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一種包含有源光纖合成物的智能結構可感測運動變化。運動產(chǎn)生的電子信號可以用來控制測試運動改變幅度的處理器，并返回一個放大的信號，該信號可以繃緊或放松有源光纖激勵器/傳感器。
　　
　　設計整合
　　
　　將壓電光纖技術整合進終端系統(tǒng)中的關鍵是要確定系統(tǒng)的功率要求，了解并選擇可用的機械能。設計過程包括以下主要步驟：
　　
　　確定能量需求：需要供電的系統(tǒng)有怎樣的能量需求？EH領域中的功率需要進行平衡。
　　
　　可用的周圍功率源總量：設備的應用將幫助確定可利用的位置。例如機器、建筑物、汽車、人等。一旦確定了應用，必須對本地的振動源和機械能量源進行量化。
　　
　　確定物理封裝要求：你的應用能為壓電光纖合成物提供多大的空間？如果是便攜式電子設備，其面積就不必受電池盒的大小限制。事實上，壓電合成物可以做成設備本身的形狀。
　　
　　模擬壓電功率性能：一旦合成物的外形和尺寸確定下來，并且機械壓力和頻率已知，就能確定壓電功率輸出。需要為應用構建一個原型以確保在實際環(huán)境下能成功運作。
　　
　　確定校正、存儲和調(diào)節(jié)器需求：能量收集的電子設計相對簡單。關鍵要求是能量存儲、調(diào)節(jié)電壓和公差。
　　
　　本文小結
　　
　　市場上出現(xiàn)很多能夠降低電池需求或*不需要電池的新型、*的產(chǎn)品。壓電陶瓷光纖技術為EH、有源結構控制和自供電系統(tǒng)提供了一種*的解決方案。AdvancedCerametrics公司的有源光纖合成物的功率輸出是其他壓電產(chǎn)品的10倍，一般能承受2億次振動周期。通過將光纖合成物與低成本的電子組件與封裝相結合，超低功率產(chǎn)品和應用的新時代即將到來，可為無電池的低功率應用提供超長壽命因數(shù)的市場方案正在涌現(xiàn)。